砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。     

京张高铁清华园隧道复合地层盾构机械配置研究

依据清华园隧道盾构区间的隧道参数和工程地质条件,分析盾构机刀盘和刀具对卵石土、砂、粉质黏土互层的适应性。从地层渗透系数、颗粒级配、地下水压、周边环境影响、隧道规模等方面进行综合考虑,选取泥水平衡盾构作为最终选型。考虑到刀盘跨度较大和中途换刀对盾构稳定性的影响,结合渣土特性和既有工程经验,决定采用辐条面板式刀盘,并确定了开口率和开口尺寸;此外,还给出了以切削型为主且可常压更换的刀具配置方案。最后简要介绍了常压换刀的技术流程和泥水环流系统的设计方案,总结了卵石土、砂、粉质黏土互层的盾构机械配置方案。     

苏州地铁盾构工程地面隆沉控制分析

结合苏州市轨道交通一号线临顿路～仓街站区间盾构工程实例,探明苏州粉质黏土及粉砂地层盾构正常掘进引起的隆起和沉降变形特征;研究盾构隧道管片壁后注浆材料、注浆参数、二次补浆、各项掘进参数对地表隆起和沉降变形的影响;探究在苏州粉质黏土及粉砂地层条件下较小的隆起和沉降槽范围。     

砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究

盾构机在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时,由于土体塑流性差,土体在土舱内无法及时排出,时常出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,推进速度极其缓慢等现象;由于土舱内土体颗粒间力的传递是点对点,使支护压力不能有效施加到开挖面上,极易出现地表沉降超限、塌方等事故.为此,以北京地铁9号线盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究.试验结果表明:采用泡沫十膨润土作为土体改良剂对砂卵石地层土体进行改良是可行的;在土体改良过程中应根据出土量、土压力、盾构推力及刀盘扭矩等参数的控制情况,及时调整土体改良剂的注入时间、注入量等参数;在确保盾构出土量可控的前提下,采用满舱欠压掘进模式可以提高砂卵石地层盾构掘进的效率.     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

富水砂卵石地层盾构换刀方案

成都地铁1号线盾构隧道工程主要穿越地层为砂卵石地层,砂卵石对盾构机的刀具磨损较为严重,为保证盾构掘进的正常进行,需要频繁更换刀具。通过对成都地铁1号线施工中的几种盾构换刀方案进行比较,提出了富水砂卵石地质情况施工中合理换刀方案。     

关于北京地铁复合地层盾构机选型的分析

北京地铁九号线6标盾构隧道穿越地层部分为第三纪强风化～中等风化粘土岩、砾岩及卵砾、圆砾层,局部为粉质粘土、细砂层。在隧道范围内存在随机分布有大粒径卵石和漂石,漂石最大粒径可达1.2 m×1.5 m,卵石强度较大。区间隧道大部分处于潜水层中,且需穿越310 m宽的玉渊潭东湖。由于在强风化砾岩、卵石地层都存在大量卵石漂石,导致掘进困难。采用何种盾构机施工均存在较大风险和难度。根据北京地区的各种情况对盾构机选型问题进行探讨。     

砂卵石地层盾构刀具磨损测试分析

结合砂卵石地层盾构区间工程掘进,对盾构施工时的刀具磨损情况进行了现场测试,计算出土压平衡盾构在砂卵石地层施工时各种刀具的磨损系数.运用统计回归分析,总结出砂卵石地层盾构刀具磨损与其掘削迹长的关系,推算出砂卵石地层盾构不换刀可掘进的最长距离,可为后续类似工程施工提供参考.     

粉质黏土地层隧道盾构施工渣土改良剂试验

研究目的:盾构掘进过程中,渣土的流动性、止水性、流塑性是盾构掘进效率及盾构机使用寿命影响的主要影响指标,因此对不同地层渣土性质的改良以满足施工要求极其重要。本文针对成都地区粉质黏土地层盾构施工,研发适用于粉质黏土地层专用渣土改良剂分散型泡沫剂。通过室内对渣土容重、流动度、黏附性等的测定,筛选出最好的改良剂配方。对成都地铁7号线盾构区间强风化泥岩地层渣土进行改良试验,分析不同泡沫剂对现场盾构掘进参数、泡沫消泡量、渣土性状的影响。研究结论:(1)通过配比试验及发泡效果检测,得到了多组泡沫稳定性和同类产品性能相当甚至更优的基准泡沫剂,泡沫半衰期在20 min左右,5 min消泡率在3%以内,完全满足盾构施工要求5 min内消泡不大于5%的指标;(2)针对粉质黏土地层特点,研制了分散型泡沫剂S53-JSSA-6(DCA),通过室内渣土改良试验,验证了其对粉质黏土的改良效果,加入分散型泡沫剂后较大程度地降低了粉质黏土的黏附性,可降低盾构在粉质黏土地层的结泥饼风险;(3)分散型泡沫剂DCA在强风化泥岩地层的应用试验表明,分散型泡沫剂的产品性能能达到巴斯夫同类泡沫剂,完全满足现场强风化泥岩地层的盾构施工要求;(4)本试验结果可为粉质黏土地层盾构隧道施工渣土改良研究问题提供参考。     

基于盾构工程特征的砂卵石 地层分类方法

针对砂卵石地层盾构长距离高效掘进困难的弊端,在总结盾构掘进常见工程问题的基础上,提出粒径大 小、细粒含量、水压高低以及磨蚀性能是制约盾构高效掘进的地层特征因素,分析各因素的特征指标、指标确定 方法及指标量化区间,并根据指标量化区间划分出砂卵石地层类别。基于不同的地层类别匹配合理的盾构方案, 通过组合指标下的砂卵石地层盾构实例,验证地层分类方法的适用性。研究结果表明：根据颗粒最大粒径 dmax 与 螺旋输送机最大输排能力 dp,可将砂卵石地层分为可输排及不可输排地层;根据细粒透镜层同区间总地层的占比 λ,可将砂卵石地层分为高黏性低渗透及低黏性高渗透地层;根据地下水位高度 hw及界限水位高度 h0,可将砂卵 石地层分为高水位及低水位地层;根据等效石英含量 Qe,可将砂卵石地层分为高磨蚀性及低磨蚀性地层。提出 的分类方法可为砂卵石地层盾构设计与施工提供理论指导和技术支持。     

无水砂卵石地层盾构机的选型

无水砂卵石是一种典型的力学不稳定地层,对盾构存在较大的不良影响。根据无水砂卵石地层的特点及盾构机的适应性,确定选用加泥式土压平衡盾构,在此基础上,对盾构的刀盘形式、支撑方式、扭矩、千斤顶的推力及配制、螺旋输送机及加泥加泡沫系统等进行分析和比较,保证盾构的准确选型,对类似地层条件下的盾构参数计算和选型具有一定的参考意义。     

超大直径泥水盾构机始发技术

以扬州市瘦西湖隧道工程为例,详细阐述了在老黏土地层条件下,超大直径泥水平衡式盾构机始发详细流程、重点技术控制措施,并介绍了针对黏土地层对泥水平衡式盾构机刀盘刀具的改造情况,可供类似工程借鉴。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发数值分析

依托新建京张铁路清华园隧道工程,使用有限差分软件对大直径泥水平衡盾构的浅覆土始发掘进进行数值模拟。结果表明,未加固地层条件下,盾构始发时开挖面无法自稳。通过对比分析不同加固范围条件下洞门中心土体的挤出变形以及地表沉降变化规律,提出盾构始发地层加固的最佳范围,并获得在该加固范围下土体扰动引起的地表位移分布特征。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

城市轨道交通盾构同步注浆国内外现状及发展

同步注浆工艺作为盾构施工中的重要环节,其注浆效果对盾构掘进中的沉降控制与及时包裹管片起到重要作用。针对壁后同步注浆的作用进行分析,系统总结同步注浆浆液类型与要求,对比分析3种常用浆液优缺点,结合工程实际需求探讨浆液需求及发展方向。统计国内已建35个地铁盾构施工案例,分析地铁施工采用盾构机类型及管片尺寸,简要分析盾构隧道同步注浆中的热点问题并展开讨论。研究结果表明:浆液种类需根据地层条件进行选取,国内盾构隧道施工过程同步注浆采用单液浆(惰性浆液、可硬性浆液)较多,盾构隧道施工同步注浆双液浆开始逐渐推广,国外盾构隧道施工同步注浆已逐渐向双液浆转变;壁后注浆准确探测与评价对于注浆效果的反馈与地层变形敏感地区至关重要,相关研究有待进一步加强;在含水量大于30%的地层、渗透性极高地层、软弱不均地层且周围近距离穿越建(构)筑物,对沉降控制要求较高的工程中,建议采用双液浆同步注浆施工或辅以克泥效特殊浆液进行施工。     

青岛地铁跨海隧道 泥水盾构机的改造应用

青岛地铁八号线过海段区间段东大洋站～青岛北站,位于胶州湾东北部红岛东湾湾口海底。本项目为青岛地铁八号线的重要节点工程。该隧道全长7926m,具有距离长、埋深大、地质条件复杂和不明障碍物等难点和风险。通过对砂性土和复合地层中隧道面稳定和地表沉降控制、粉质粘土和泥质砂岩中的刀盘结泥饼、岩层中刀具和刀盘的磨损、多处断层破碎带等工程重难点分析,本文阐述了如何根据复杂的水文地质和项目条件进行盾构机的针对性改造和风险控制,保障项目的工期和安全。     

富水砂卵石地层泥水平衡盾构适应性研究

在含大漂石的富水砂卵石地层采用盾构法施工在国内尚属首次,以成都地铁1号线盾构4标右线隧道泥水平衡盾构施工为例,结合施工中出现的问题,对泥水平衡盾构在砂卵石地层中的适应性进行初步研究,并提出相应的改进措施,对后续工程施工具有借鉴意义.