中国泥水盾构使用现状及若干问题

近十年来,泥水盾构隧道技术在我国应用越来越广泛,已成为大型越江海隧道和城市地铁建设不可或缺的关键技术。我国的泥水盾构技术,尤其是大直径泥水盾构工程技术不断成熟,工程的建设量和大直径盾构数量已居世界前列;然而,在泥水盾构技术快速发展中出现一些问题。在收集我国泥水盾构施工技术使用现状的同时,对施工中遇到的复杂地层、泥水舱构造、刀具过量磨损、频繁开舱作业、泥浆材料的使用及处理、盾构重复使用等特点进行梳理。结合代表性的泥水盾构工程实例,深入分析施工遇到的刀具磨损、开舱检修关键技术、泥膜闭气开挖面稳定、泥浆携渣及处理等问题,总结已有的施工经验及技术特点,明确我国泥水盾构技术发展的方向,以期推动世界泥水盾构技术的发展。     

泥水盾构穿越赣江断裂破碎带施工关键技术

为研究复杂地质条件下泥水盾构穿越断裂破碎带施工技术,以南昌市轨道交通1号线秋水广场站—中山西路站区间隧道工程为背景,对NFM-07泥水盾构穿越赣江F5断裂破碎带施工难点进行分析,从掘进开挖控制、出碴量与泥水质量控制、同步注浆和二次注浆4个方面研究高水压条件下破碎带开挖面稳定施工技术,并通过对施工记录资料的统计分析,得到泥水盾构掘进参数、泥水参数、同步注浆和二次注浆参数建议值,最后针对穿越破碎带可能出现的施工风险提出建议措施。本工程泥水盾构穿越破碎带施工过程安全、顺利,采取的稳定控制技术实施效果良好。     

浅析泥水平衡法顶管施工技术

基于泥水平衡法顶管施工技术的优点,简述了泥水平衡法顶管机的原理,从顶管施工工艺流程、施工机具的选择、顶管设备安装、进出洞措施、触变泥浆减阻和水泥浆置换、纠偏测量及控制、沉降、位移监测及控制等方面介绍了泥水平衡法顶管施工工艺;     

泥水盾构深井下组装始发与到达施工技术

盾构组装始发与到达施工是整个盾构施工的重点环节之一,盾构始发与到达掘进必须保证盾构机顺利、安全、快速地通过预留洞门,并为下一步施工提供较好的施工条件。重庆主城排水过江隧道工程采用泥水盾构施工,结合现场施工过程中泥水盾构的始发与到达施工技术,对泥水盾构深井下组装始发与到达施工各工序进行介绍。     

小断面泥水盾构泥水处理

AVN2440DS复合式泥水平衡盾构机在城陵矶长江穿越隧道施工为例,论述了盾构机泥水处理系统的三级泥水分离技术。     

扬州瘦西湖盾构隧道工程施工关键技术

扬州下穿瘦西湖盾构段采用直径为14.93 m的泥水盾构施工,成功穿越1 275 m硬塑膨胀性黏土地层,有效解决盾构刀盘结泥饼、泥水舱及管道易堆积堵塞、刀盘扭矩大、盾构推进速度慢、泥水分离困难等一系列施工难题,是我国迄今为止在膨胀土地区进行的最大直径的泥水盾构施工工程。从扬州瘦西湖隧道的工程重难点出发,结合现场具体情况,系统总结隧道盾构施工中的全断面黏土地层高效环流及出渣技术、膨胀土地层盾构适应性改造技术、硬塑黏性土地层的盾构施工技术与开挖面稳定性控制技术,0.42 MPa高压气环境下动火焊接技术、小半径曲线精准接收技术和双层大直径隧道内部结构快速施工技术等,对我国膨胀性黏土地区大直径泥水盾构技术的发展具有重要的参考意义。     

盾构隧道施工泥浆处理过程数据计算方法探讨

泥水处理是泥水盾构施工中非常关键的工序。如何在施工前期，甚至在投标阶段，利用地质参数确定泥浆处理系统过程数据，进而测算施工中所发生的费用十分关键。结合武汉长江隧道的泥水处理设备和地质情况，对盾构隧道泥水处理过程数据的计算方法进行探讨。     

北京铁路地下直径线泥水盾构施工关键技术

针对北京地下直径线大直径泥水盾构在施工过程中遇到的地质条件复杂、盾构独头长距离掘进、变形控制标准严格、多工法交接施工、施工场地狭小和环保要求高等重难点,从刀盘刀具与地质适应性、高压环境下盾构刀盘刀具检修、环保型泥水系统、城市核心区地表建筑物变形控制等方面介绍了泥水盾构施工关键技术。这些技术的研究及应用,表明气垫式泥水平衡盾构具有施工安全性高、富水地层适应性好、地层沉降小、可控且对环境影响小等特点,可以向全地层、大埋深、长距离、复杂环境条件推广应用。     

“四化”在大型泥水盾构机维修保养中的应用

随着国家对基础建设投资的加大,铁路、公路等大型隧道或地下通道项目逐步增多,大型泥水盾构机也得以快速发展,逐步成为国内过江隧道施工的主流设备。如何用好大型泥水盾构关键在于提高设备的完好率,而设备完好率又取决于设备的维修保养。所以,盾构机的维修保养直接影响到盾构隧道施工的质量及施工进度,结合狮子洋隧道SDⅡ项目的泥水盾构施工实列,在全面总结并分析大型泥水盾构机的维修保养经验后,提出了大型泥水盾构机维修保养的"四化"管理模式,以此提高维修保养水平,实现用好盾构机延长其使用寿命的目的。     

大直径泥水盾构针对长距离施工的优化

大直径泥水盾构在复杂砂卵石地层中长距离掘进施工,盾构经常会受到刀盘刀具磨损严重、进排浆管及阀磨损严重、破碎机及泥舱门故障和突发事件等因素影响而导致停机,从而降低了盾构设备的性能,严重时将直接威胁施工安全。为了优化盾构设计、方便检修及降低施工风险,对北京某项目12 m级泥水盾构在施工过程中出现的问题,通过对刀盘刀具、泥水循环系统、破碎机和泥浆门、电气系统、监控检测系统等的优化,提高了设备的利用率和施工效率,降低了施工风险和施工成本,确保了人员和设备的安全。     

高水压泥水平衡盾构掘进模型试验平台的研制与应用

为了实现可在2.0 MPa高水压环境下开展盾构试验研究的基础试验条件,结合拟建的琼州海峡隧道工程背景,充分调研了国内外盾构模型机研究成果,并根据试验研究的需求,研发了高水压多功能泥水平衡盾构模型试验平台。试验平台研制过程中攻克了在缩尺盾构模型机中实现泥水循环功能的问题,解决了高水压(2.0 MPa)下盾构机以及土箱整体强度和密封问题,实现了盾构姿态改变、变覆土高度等功能。按照一定的试验先期准备步序,在不同水压条件下,对泥水平衡盾构开挖过程中盾构姿态动态变化规律进行了模型试验研究。试验平台包括模型土箱、盾构模型机、液压泵站、电控柜、控制台、泥水循环系统等部分,可在200 m水头的高水压条件下进行泥水盾构施工的模型试验。研究结果表明:自主研发的泥水平衡掘进模型试验平台可在高水压条件下正常进行工作,并可进行与泥水盾构施工相关的模型试验;盾构姿态角改变量与盾构掘进距离的线性拟合结果表明,二者的拟合精度较高;随着试验水压的升高,在水平方向以及竖直方向上盾构姿态调整的难度逐渐增大;通过有土环境与无土环境的对比可知,高水压与地层反力的双重约束对盾构姿态控制提出了更高的要求。     

泥水处理技术在泥水盾构隧道施工中的应用

 根据相关工程施工实践经验，介绍泥水平衡式盾构机的泥浆作用机理和泥浆处理技术，阐述泥水处理系统的工艺流程及综合信息管理系统， 并针对不同地层，提出了泥水指标的控制原则。     

JB-2立轴悬臂立体搅拌机的研制

解决泥水盾构机地面调浆系统中特大泥浆池泥浆的搅拌问题,在了解盾构泥浆使用工况和分析市场上现有同类装备的优缺点后,通过构件受力分析和参数计算,采用立轴悬臂长轴结构,利用行车的水平移动加搅拌器的上下对流搅拌作用合成对泥浆的立体搅拌效果,开发出了JB-2系列立轴悬臂立体搅拌机。该立体搅拌机自2006年在泥水盾构调浆系统应用以来,搅拌效果明显,能对宽12m、深5m、长50m的特大泥浆池泥浆进行防沉、搅拌调匀,能昼夜连续自动运行,无需专人看护,安全运行9000h以上不需换件,而且能耗和制作成本低。该机型的研制成功为长悬臂旋转轴类机械设计提供了有力的例证。     

砂卵石地层气垫式泥水盾构的优化

为解决气垫式泥水盾构在砂卵石地层中存在卵石堆积泥水仓和气垫仓底部、造成碎石机频繁损坏和泥浆管路堵塞等问题,通过对底部堆积、堵塞管路、破碎机频繁损坏的原因进行分析,认为造成堆积和堵塞的原因主要是泥浆在气垫仓和泥水仓流速偏低,不能及时带走碴土,从而造成碎石机频繁损坏和仓底底部堵塞。通过对这些问题的研究讨论,提出通过增加底部、刀盘冲刷以及主机段泥浆循环的方案来解决底部堆积、堵塞管路的问题,同时改变碎石机的结构来解决其寿命短的问题。     

泥水平衡盾构泥浆漏斗黏度分析

泥浆漏斗黏度是泥浆特性的一个重要指标,泥浆漏斗黏度对盾构掘进效果有重要影响。在一定范围内,泥浆漏斗黏度可以反映泥浆质量的好坏,泥浆漏斗黏度高,形成泥膜及携带土渣能力强,但配制泥浆的成本高,泵送难度大,分离效果差。不同规格试验仪器测试出的泥浆漏斗黏度之间存在较大差异,在试验的基础上,通过回归曲线找出了中国漏斗黏度与日本漏斗黏度之间的相对关系,并分析了配制泥浆的各原材料对泥浆漏斗黏度的影响。     

超大直径泥水盾构到达施工技术

超大盾构的到达施工作为盾构施工的重要环节,工艺复杂,风险巨大。以南京长江隧道为例,阐述洞前水泥搅拌桩加固、降水、冷冻及工作井内灌水(土)等综合施工措施,成功实施了浅覆盖、强透水地层条件下大直径泥水盾构机的接收,可为类似工程提供借鉴。     

中继泵自主配置技术在泥水盾构施工中的应用

从中继泵的原理、理论计算出发,结合武汉地铁二号线越江隧道工程实例,详细阐述中继泵的自主配置、元器件的选型、结构安装、电气调试等关键技术,总结泥水盾构施工中中继泵技术的应用;同时也论证了中继泵自主配置的可行性,促进泥水循环系统的国产化进程。     

泥水盾构泥水分离系统除渣效率对泥浆的影响

环流系统是泥水盾构的重要环节,通过环流系统的筛分机能及时分离泥水和渣土颗粒。筛分机的筛分效果对泥浆性质影响很大,关系到泥浆的造浆成本。某大型泥水盾构穿越粉细砂地层时,每掘进一环,泥浆密度会从1.12 g/cm3降为1.06 g/cm3,现场需要添加大量膨润土来提高泥浆的密度。针对粉细砂地层分析,根据环流系统中土颗粒的质量守恒进行计算,研究了环流系统的筛分效果对循环后的泥浆密度指标的影响,并与现场实际测量进行比较,得知地层中粒径小于75 μm的土颗粒对提高泥浆密度有利,应该充分利用。提出应当控制好筛分机的筛分效率,使地层中的细颗粒保留下来,为造浆服务,提高泥浆的密度。     

北京铁路直径线大断面地下隧道盾构机选型研究

 拟建的北京站和北京西站之间直径线可使北京铁路枢纽布局更为完善，直径线地下隧道拟采用盾构法施工，盾构机选型是盾构法施工的关键环节之一。分析直径线地下隧道穿越地层的地质条件和水文条件，给出盾构机选型的一般程序和依据，着重分析工程地质条件对盾构选型的影响，对不同类型盾构的施工风险进行评估。主要研究结论是：泥水平衡盾构在控制地表沉降、漂石卵石处理、掘进进度、减少刀盘刀具磨损及开仓换刀次数等方面均优于土压平衡盾构；本工程具备泥水处理装置的场地布置条件，弃浆、降低施工噪声等环境保护问题也可得到较好地解决；本工程适于采用泥水平衡盾构机。