土压平衡盾构脱困技术及经验教训

为解决土压平衡盾构通过硬岩地层时被卡死的难题,以重庆地铁6号线土压平衡盾构施工为例,施工中采取以下脱困措施:1)采用爆破方法破除盾体上方围岩使盾构脱困;2)采用抬高刀具和增大开挖直径的方法解决边滚刀磨损超限造成盾体被卡的问题;3)爆破脱困后,对爆破形成的空腔进行注浆回填,保证盾构施工安全。针对盾构卡机问题,提出以下防卡措施:1)盾构在硬岩条件下施工,给盾构机配备扩挖刀;2)定期对刀盘情况进行检查。     

富水地层下外置乌龟壳式土压平衡盾构无障碍始发技术研究

在福州地铁5号线1标4工区盾构区间施工中,通过对常规土压平衡盾构刀盘切削地下连续墙的钻研,针对刀盘设计一种无需扩径和改造的布置方案,针对外置注浆管路设计一种保护和侧面切削地下连续墙墙体的刀具,同时采用全钢套筒密闭始发技术的一种富水地层下外置乌龟壳式常规土压平衡盾构无障碍始发体系.该体系无需对传统的土压盾构机进行改造,即保留了常规软土盾构外置注浆管路设计的盾尾,无需配备复合刀盘,避免了盾构机重心前移、刀盘直径的扩大等造成后期掘进困难的问题;也可直接切削穿越高强度地下连续墙,规避了人工凿除盾构洞门的工序,从而避免盾构始发过程中的涌砂、涌水等高风险,大幅提高盾构始发的安全性.     

盾构两次近距离下穿既有运营地铁的施工技术

介绍广州地铁城市集运系统2标盾构2次成功近距离下穿运营中的地铁一号线(盾构开挖面顶部距地铁一号线仅2.275 m,且盾构下穿既有线过程中又面临着隧道贯通和贯通后刀盘已经推进接收车站但盾尾仍在既有线下方)。通过对一号线隧道结构以及现状的调查和梳理、盾构下穿前的方案多方审查,下穿施工过程中巧妙地动态地把盾构划分为3个施工段,并将盾构贯通断面进行延长,果断地提前对既有线引进自动化信息监测技术,指导施工。应急决策小组以及应急措施的及时跟进,盾构贯通后监测工作的延长以及稳定指标;对盾构机的提前维护和及时更换刀具的技术及采用超前注浆、钢花管注浆及延长隧道的方法等也是这次顺利近距离通过既有线的保障。     

南昌市老城区盾构施工技术研究

为解决南昌老城区盾构施工存在因地表建筑密集、沉降控制不良导致的建筑物倾斜和管线破损、地层长期受污水管及化粪池渗漏侵蚀地下掏空导致的喷涌后地面快速下沉、隧道掘进处于强度软弱不均地层盾构姿态的控制及小曲线半径施工、全隧道下坡且盾构接收处于岩面交界处导致洞门漏水等一系列难题,对南昌地铁老城区已完成土建五标、六标盾构施工过程中实际出现施工案例进行系统化的研究分析,得出老城区建筑物及管线主要控制要点为地面沉降。控制地面沉降指标主要体现在对出土量及同步注浆量的控制;对于软弱不均地层施工及曲线小转弯半径施工,主要以纠偏措施为主,纠偏主控指标为慢速、小推力、纠偏趋势控制,并调节至与破岩能力相匹配的刀盘转速,盾体与盾尾形成纠偏夹角,在特殊情况下可采用钢扁担替代铰接油缸进行纠偏;对于喷涌施工,引进新型材料高分子聚合物对土舱液态物进行迅速固化,形成土塞有效抑制喷涌,并对施工过程固液态聚合物选择进行性能分析;在富水砂层与岩层有交接面接收施工时,需要考虑隧道坡度对水流的变化,做好止水环箍施工,为了同时满足盾构防抱死及止水效果,可采用磷酸+水玻璃按1∶1比例配置的化学浆液注入土体,形成果冻状包裹体进行止水,有效防止盾体裹死。     

成都地铁盾构设备配置

成都地质条件以高富水、高卵砾石含量著称,何种配置的盾构更能适合成都这种地质,一直是大家争论的焦点。根据成都地铁1号线一期工程4个盾构标段存在刀盘消耗成本大、换刀困难、地表易坍塌及刀盘和螺旋输送机磨损严重等实际问题,分析盾构设备的优缺点,提出将刀盘的开口率增大、螺旋输送机由轴式改变为带式、对卵石的处理方式由破碎为主变为排出为主,可以大大降低刀具成本,同时刀盘和前盾进行适当改动,解决换刀困难和地表易坍塌的问题。更改后的盾构设备配置更适合成都地铁盾构施工。     

以色列富水库卡地层盾构选型研究

盾构选型是盾构隧道施工的关键技术，合理的选型能为后续顺利施工奠定基础。以特拉维夫红线轻轨工程为背景，通过对土层进行试验分析，在充分考虑富水库卡地层土层特性和隧道线形设计的基础上，对盾构刀盘结构、刀具布置、铰接设计、转矩配置等关键问题进行详细研究。结果表明： 1）采用布置有43.18 cm双刃滚刀、开口率为38%的面板式刀盘的土压平衡盾构施工，能顺利完成隧道的掘进； 2）盾体采用主动铰接和被动铰接结合的双铰接设计，能有效解决190 m小半径曲线掘进问题； 3）通过增加驱动电机等措施解决在库卡地层中施工转矩值大的问题，可为今后该地层盾构选型提供参考。     

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

越海泥水盾构提前到达施工关键技术研究

由于竖井施工进度滞后,为解决盾构提前到达并保证顺利出洞这一技术难题,以台山核电站1#取水隧洞盾构提前到达施工为例,在理论研究的基础上,对盾构到达前的掘进控制措施进行分析,阐述了预留段隧洞爆破参数设计,并对提前到达的关键技术及控制要点进行总结。得出以下结论:1)盾构提前到达盾构井预留5 m的安全距离,并将刀盘后退掌子面0.7 m的方案是可行的,既能加快施工进度,又能有效地保护盾构设备;2)盾构到达预留段前采用"小推力、低转速"的掘进原则,预留5 m段采用"爆破开挖+锚喷支护+管片二次衬砌"相结合的施工方法,保证了盾构安全顺利出洞,有效地控制了管片上浮、错台和接缝处漏水等现象。     

敞口式盾构关键技术与应用

为解决常规密闭式土压盾构在砂卵石、大漂石等地层中施工经常遇到刀盘被困而无法正常掘进的难题,STM063D1地铁用敞口挖掘式盾构机,采取敞开式挖掘,土体支护装置采用"帽檐式盾体结构+可伸缩前檐+可收放正面挡板"3种不同组合支护方式,螺旋机采用常压出土等技术。通过相应的部件试验检测以及整机试掘进试验,得出敞口挖掘式盾构工法相比土压盾构在特定的范围内能适应土体自立性好、基本不含水或降水的砂卵石地层的特点。敞口式盾构及相应工法值得在北京地区及全国范围推广应用。     

考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值,依据弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响,给出刀盘的简化计算模型,通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式,并采用位移叠加的方法,给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式,并对已有工程算例计算和分析,将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点;在盾尾附近的一定范围内,同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大,为主要影响因素;在刀盘附近的一定范围内,盾壳摩擦力,刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略;各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散;地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小,分布规律相仿;在刀盘推进面周围的一定范围内,地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。     

水底隧道上软下硬地层超大直径盾构掘进技术难点与对策探讨

为了解决水底软硬不均地层超大直径盾构施工技术问题,以某水底盾构隧道工程为依托,对超大直径盾构在水底上软下硬地层掘进中面临的技术难点、盾构机选型、施工方案选择、试验段掘进效果、方案可行性以及掘进管理控制等进行了分析和探讨。结果表明,采用有针对性设计功能的盾构机,在低刀盘转速、低掘进速度下,超大直径盾构直接掘进通过水底上软下硬地层的施工方案具有很高的可行性,并得到了成功实施。     

土压平衡式盾构机刀盘扭矩的计算及试验研究

综合考虑了土压平衡式盾构机的直径、刀盘开口率、刀盘与土体的摩擦系数、盾构机的埋深、盾构机施工地层的土性、盾构机和地层之间的相互关系、盾构机推进速度以及螺旋输送机转速等参数的影响因素,推导出刀盘扭矩的理论模型。在盾构机模拟试验平台上进行试验,分析了两种典型开口率的刀盘在3种典型土层中扭矩的变化及土仓压力对刀盘扭矩的影响。分析结果表明,刀盘扭矩的理论模型与试验结果相符,并能满足盾构机实际施工的要求。     

鹰嘴岩隧道右线岩溶处理技术

超前地质预报有助于提前了解掌子面前方围岩结构变化及可能的地质灾害情况,制定针对性的施工对策,修正施工方案以避免险情发生。鹰嘴岩隧道右线借鉴岩溶超前预报结果,采取小导管超前支护,I18工字钢架加强支护,清除岩溶洞穴内充填物,对溶腔进行回填处理,并预留排水通道的方法,以消除隐患。     

盾构隧道施工风险与规避对策

归纳地铁安全事故的类型及特点,介绍目前国内外盾构隧道情况,尤其是北京盾构隧道情况,分析盾构隧道施工的优点和不足之处,论述盾构隧道施工风险研究的必要性。重点分析盾构隧道施工的11种主要风险,即：地质预报准确性、盾构机适应性和可靠性、盾构进出洞施工、开挖面失稳、盾尾密封失效、软硬不均且差异性较大地层施工、较大的地层损失及不均匀沉降、开挖面有障碍物、隧道上浮、联络通道施工、明挖基础失稳等,并一一提出切实的规避对策。同时对国内外盾构隧道施工事故典型案例的情况及原因进行详细介绍和剖析。可为今后盾构隧道施工风险的分析、预测、防范及规避提供指导。     

液氮冻结技术在承压水地层盾尾密封刷检修中的应用

结合杭州庆春路过江隧道工程的实际施工经验,介绍了液氮冻结技术在承压水地层盾尾密封刷检修中的应用,重点论述了冻结孔设计、制冷设计、温度监测、冻结孔施工等问题。实践证明,液氮冻结技术成功地解决了盾构机检修盾尾密封刷的地层固结封水难题,可为类似承压水地层的盾构施工提供借鉴。     

盾构下穿施工对既有桩基承载性能的影响研究

针对地铁盾构隧道近接桩基施工情况,利用有限元软件,在考虑前方土体受到刀盘施工扰动、土仓压力、盾尾注浆作用等施工参数下,对盾构隧道动态施工中正上方桩基的承载性能进行了数值计算。结果表明,盾构施工对桩基沉降和承载力损失较大的区域主要集中在刀盘距桩轴线+6~-12m之间;盾构正下方穿越既有桩基时,存在一个特定安全施工距离,约为3m;盾构隧道施工前桩基承受的荷载不同,盾构施工过程对桩基承载力的影响也就会不同。     

海底岩溶盾构隧道勘察、设计及岩溶处理关键技术研究——以大连地铁5号线火梭区间海底隧道为例

海底岩溶隧道勘察、设计难度大,施工风险高。以大连市地铁5号线海底岩溶大直径盾构隧道为研究对象,首次采用“跨孔CT物探+钻探”的海底隧道岩溶勘察方案,通过有限元计算确定海底岩溶隧道加固范围,通过抗浮计算确定岩溶隧道基底加固标准,提出海底岩溶的海面预处理具体实施方案和盾构针对性设计方案,从而形成一整套海底岩溶盾构隧道勘察、设计及岩溶处理方案。     

盾构被困实例分析及脱困措施

在隧道盾构施工过程中,盾构被困的现象时有发生,对工程施工进度、安全和周围环境等造成不利影响。通过工程实例分析刀盘、盾体和盾尾被困的常见原因,总结相应的脱困措施,得出盾构被困的分类判断依据:1)刀盘开口处被地层中异常渣土填充束缚的判断依据;2)边刀(边滚刀或边刮刀)磨损造成掌子面开挖轮廓不足的判断依据;3)刀盘前方存在硬质障碍物的判断依据。     

盾构施工耗电的影响因素分析

为了探究了解盾构机的用电规律,研究盾构施工耗电的影响因素,利用刀盘驱动做功理论研究四类影响因素(土质情况、盾构埋深、施工参数和技术参数)对盾构机掘进过程用电量的影响,结合深圳地铁九号线的工程背景资料验证,得知切削土的性质对刀盘耗电的影响最为明显;其次是隧道埋深,两者呈线性关系,埋深加大11%,耗电量增加17%左右;另外,盾构机总功率与推进的速度之间也有明显的线性相关性,即推进速度越快,盾构耗能越多。     

小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。