超大直径泥水平衡盾构断层破碎带掘进关键技术研究

为研究超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带施工技术，以深圳某隧道工程为依托，对超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带工程特点及难点进行分析，重点分析了泥水平衡盾构掘进过程中滞排、结泥饼、刀具磨损严重等问题产生的原因，并研究了泥水平衡盾构穿越断层破碎带的关键技术。针对滞排、结泥饼问题，在盾构机选型阶段优化刀盘结构设计，并采用大格栅+双破碎机排渣破碎系统、气垫直排式及主机段小循环模式等针对性措施，提高泥浆携渣能力、输送能力，降低渣土滞排和结泥饼的风险；针对刀具磨损严重问题，提出强化刀具状态监测及“逢红必检、有损必换”、杜绝刀具“带病作业”的刀具管理方针，确保刀具状态监测的可靠性和准确性，提高刀具使用寿命；最后，结合现场实践总结出“预防为主、防治结合、综合治理”的施工原则，采取辅助气压掘进模式穿越断层破碎带；通过对施工过程的研究分析，得到盾构掘进参数、泥水参数建议值以及各项针对性解决措施。     

复杂地层大直径泥水平衡盾构掘进刀具磨损分析

大直径泥水平衡盾构刀具磨损失效,受到土层、刀具材质、掘进参数和掘进距离等多方面因素的影响。结合南京轨道交通某标段区间盾构法隧道施工,介绍了在含砾中粗砂层和粉细砂地层中,采用贝壳刀与刮刀相结合的刀盘刀具布置形式施工时刀具磨损及更换情况;对刀具磨损的现象和原因进行分析,总结了减少刀具磨损的刀具保护技术措施。这可为类似工程提供参考。     

复合地层盾构刀具磨损控制技术研究

文章以杭州地铁2号线杭发厂站—人民路站盾构区间隧道工程为背景,首先对盾构穿越上软下硬复合地层段的刀具磨损情况进行了分析,揭示了刀具严重磨损所导致的一系列施工异常现象,包括盾构掘进参数异常、盾构出土异常、地表严重沉降等;其次,针对盾构刀具非预见性严重磨损的工况,提出了地基加固结合常压换刀的处理方法,以及后续盾构掘进过程中土体改良、设备配置优化、参数控制等措施。结果表明,通过对复合地层的盾构施工措施进行优化,刀具磨损量控制在允许范围内。     

上软下硬地层盾构施工技术研究

依托深圳地铁2号线东延线土建2222标侨香站—香蜜站盾构区间,分析了在上软下硬地层中盾构法施工存在进度缓慢、刀具磨损严重、喷涌等难点和风险。为提高上软下硬地层盾构施工的掘进效率,文章给出了具体的盾构掘进参数;针对上软下硬地层盾构施工易发生结泥饼和喷涌等问题,从其发生机理出发,研究了相应碴土改良技术;针对上软下硬地层周边环境复杂、开舱作业风险高的问题,研究了带压开舱换刀技术。     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。     

盾构机刀盘的地质适应性设计研究

为了提高盾构机的地质适应性,减少盾构施工过程中因地质因素造成的工程问题,盾构机刀盘必须根据地质条件进行地质适应性设计.文章基于多个盾构隧道施工实践,分析了国内外盾构隧道施工中出现的掘进困难、刀盘刀具快速磨损、结泥饼和开挖面失稳等工程问题,发现刀盘对岩土类型、岩土物理力学性质和水文地质条件不适应是产生这些工程问题的根本原因.基于岩土体与刀盘相互作用的机理和盾构施工经验,文章分别总结了刀盘结构、刀具选型布置和刀盘碴土改良装置在地质适应性方面的设计经验.     

深圳地铁11号线大直径盾构适应性设计

由于机车提速的需要,城市地铁隧道采用大直径盾构施工是未来的发展趋势,深圳地铁11号线在国内首次采用φ6.98 m大直径土压平衡盾构施工。文章针对深圳地铁11号线11301标段盾构施工过程中所遇到的球状风化体区间掘进难度大、软弱不均地层盾构掘进姿态难控制及软粘土地层易引起刀盘结泥饼等三大难题,从主驱动配置、刀盘刀具设计、盾体设计、螺旋输送机设计及碴土改良系统设计等方面对盾构进行了针对性的适应设计,并提出了大直径盾构设计优化建议,能够为大直径盾构设计及其应用起到指导作用。     

大直径泥水盾构刀盘刀具应用技术

长大隧道地质情况变化较大,盾构施工中刀盘刀具面临较多问题,尤其刀盘的磨损及刀具损坏是施工中经常遇到的一大难题,加强刀盘刀具技术管理成为大直径复杂地层泥水盾构施工管理的重要环节。文章以广深港客运专线狮子洋隧道盾构施工为例,从影响刀盘磨损及刀具损坏的原因分析至对刀盘的技术管理进行了分析研究,总结出了大直径复杂地层泥水盾构施工刀盘应用技术,对类似项目的盾构施工具有一定的借鉴和参考价值。     

海相复合地层超大直径泥水加压平衡盾构施工关键技术

研究海相复合地层下超大直径盾构法隧道施工关键技术,成果可直接应用于珠海等地大直径盾构法隧道的建设,也可为国内其他类似地层的跨江海隧道起到示范作用。针对大直径泥水加压平衡盾构机穿越复合地层施工,介绍了先探测、预处理基岩,后盾构机穿越的整体思路,分析了超大直径隧道复合地层的准确探测和处理技术;结合地层超前预报、盾构刀盘及刀具、土仓防堵塞冲刷系统、排浆管路捕石器、泥水循环系统等针对性设计和施工方法,实现了泥水加压平衡盾构装备在复合地层中掘进的适应性,整体改善了盾构装备的施工效率。     

泥质粉砂岩地层泥水盾构防止刀盘结泥饼针对性改进

文章以南昌市轨道交通1号线泥水盾构工程为背景,针对泥质粉砂岩地质条件下盾构施工过程中出现的掘进参数异常(平均掘进速度为6~10 mm/min,刀盘最大扭矩达到3 200 kN·m)、刀盘结泥饼、碴土结泥团等不良现象,从刀盘开口率设计、刀具布置及刀高设置优化等方面进行了刀盘刀具配置针对性设计,以降低出现结泥饼现象的可能性;同时,在分析泥水盾构冲刷系统工作原理的基础上,结合地质特点,对原冲刷系统进行了改造与优化分析。工程应用结果表明,改进后盾构掘进速度能够达到20 mm/min,总扭矩能被控制在2 000 kN·m以内,满足了工程施工需求。     

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层施工技术

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层,往往会产生刀盘刀具磨损严重、砂土液化引起地面沉降甚至塌陷、螺旋机喷涌致使盾构掘进困难等问题。本文结合郑州轨道交通1号线一期工程紫金山站-东明路站区间隧道工程,详细介绍了盾构在砂性地层中施工所采用的各项针对性措施,分析了这些措施的实际效果,可供类似工程参考。     

复合地层下盾构掘进速度模型的建立与优化

在盾构隧道掘进过程中,需要根据地质情况选择合适的掘进参数,掘进参数的正确选择可以有效地提高掘进效率,减少刀具磨损和保持开挖面稳定。文章结合穗莞深城际轨道交通SHZ-3标虎门商贸城站到长安厦边站盾构区间工程,对掘进参数进行了正交试验,通过对掘进参数的采集与分析,建立了盾构掘进速度的参数模型,并以掘进速度最快为目标函数对参数模型进行了优化,得到了复合地层下盾构掘进速度的最优化掘进参数。研究结果为相同地层下盾构掘进参数的设定提供了理论基础,同时也可为其它地层的盾构施工提供参考,具有重要的工程价值。     

中国中铁盾构在成都地铁砂卵石地层中的施工应用

针对成都地铁富水砂卵石地层施工中存在的盾构扭矩偏小,刀具、刀盘、螺旋机磨耗严重,碴土改良效果不好,以及地表后期沉降明显等问题,文章介绍了中国中铁盾构的设计改进措施,其中盾构主驱动扭矩的合理设计、贯入度的精确选择,可有效防止刀盘卡壳或转速自动降低所造成的施工风险;盾构刀盘的合理设计和刀具布置,可减少碴土堆积和结泥饼现象,同时对碴土起着有效的搅拌作用。有效的碴土改良技术,降低了刀具的磨损,减少了换刀次数,延长了换刀里程。实践和研究结果表明,中国中铁盾构能适应富水砂卵石地层的施工,地表后期沉降满足规范要求。     

盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施

复合地层盾构掘进中,盾构机刀盘结泥饼的现象是城市地铁隧道施工中的一个难题。文章以广州地铁四号线某区间隧道工程为例,从地层地质、盾构机自身设计制造及施工控制等因素对刀盘结泥饼的原因进行了分析,提出了防治泥饼的施工措施,为类似工程提供了解决此类问题的思路和途径。     

超大直径盾构穿越长江上软下硬地层刀具配置和优化研究与应用

随着国内公路、铁路、城市轨道交通的发展,超大直径盾构在水下隧道工程的应用越来越广泛,水下隧道盾构刀盘刀具的合理选型配置一直是施工的难点。文章以南京纬三路过江通道项目为例,介绍了盾构刀具前期设计理念,分析了刀具在高石英含量、上软下硬地层中非正常磨损的机理,通过对滚刀和主切削刀具型式的优化延长了刀具寿命,减少了水下带压换刀的次数,提高了刀具的适应性、耐久性,可为以后类似工程提供经验借鉴。     

北京地铁4号线某盾构区间基岩及砂卵石混合特殊地层施工技术

北京地铁4号线某盾构区间不良地质段附近基岩埋深较浅,强风化基岩面起伏较大,隧道洞径影响范围内岩土软硬不均,这种地层条件在北京地铁施工中尚属首次。施工过程中遇到诸多技术难关,主要包括刀具磨损大、开舱换刀频繁、土舱内集水、塌方等技术难题。文章结合相关掘进参数和采取的相关措施,主要介绍刀具的磨损和更换情况、刀盘磨损和修复、土舱内水量大的对策以及对沉降和塌方部位的处理,并提出此类问题的解决对策,积累了在这种特殊混合不良地层中的盾构法施工和管理经验,以便日后其他类似工程借鉴。     

基于推进参数的盾构刀具磨损预测模型研究

文章结合狮子洋隧道复合地层盾构施工,针对隧道穿越的以软岩为主的复合地层以及硬岩两种主要的地质条件,选取了盾构总推力、刀盘扭矩、推进速度和刀盘转速四项主要的推进参数为研究对象,详细分析了四个推进参数对刀具磨损的影响规律,并分析影响规律产生的内在原因;建立了刀具磨损量与四个推进参数之间的拟合表达式,为工程实际中减小刀具磨损及预测盾构在类似地层条件下的最长推进距离等提供理论依据。研究结论对于类似地质条件下盾构选型和实际施工有一定的指导价值。     

行星刀盘方顶管全断面切削混凝土试验研究

目前盾构隧道联络通道主要采用土体加固暗挖法进行施工,但在复杂工况环境下仍存在极大施工风险。文章通过采用专门研制的行星刀盘方顶管对不同强度等级的混凝土试块进行全断面切削试验,对顶管刀具选型及布置、行星刀盘顶管切削性能等进行了研究,可为今后采用顶管法直接切削混凝土复合管片的盾构隧道联络通道的施工提供相应的技术储备,避免移除管片暴露加固土体,以大大降低盾构隧道联络通道施工风险。     

盾构刀盘系统掘进性能评价方法研究

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价方法。文章首先提出了刀盘的掘进性能指标,建立了刀盘系统掘进的离散元仿真模型和掘进性能指标的获取方法;其次以五个刀盘掘进性能指标为评价因素,根据专家评分法确定因素的重要程度,以仿真和分析数据确定评价因素的等级指标和评价矩阵,并采用广义模糊合成算法对刀盘掘进性能进行模糊综合评价;最后以北京地铁砂卵石地层盾构隧道施工为例,采用模糊综合评价法得出辐条式盾构刀盘掘进性能优于辐板式盾构刀盘的结论。     

复合地层盾构隧道泡沫改良碴土试验研究

盾构长距离穿越复合地层时,会出现喷涌、刀盘结泥饼、刀盘扭矩过大、刀具磨损严重等施工问题。文章通过自制泡沫发生装置,进行了泡沫改良碴土试验,分析了不同泡沫注入率下全风化、复合、强风化地层碴土的各项物理参数变化情况。试验结果表明:注入泡沫可有效降低碴土的渗透性系数、粘聚力和内摩擦角;使用注入率为20%的泡沫处理改良碴土,其渗透性系数可降低至10-6m/s,满足盾构隧道施工的抗渗要求;盾构掘进强风化土、复合土、全风化土时,满足理想状态下土体"塑性流动"要求的最优泡沫注入率分别为30%,10%和10%。