单向冻结条件下饱水砂卵石冻胀融沉特性试验研究

以北京典型饱水卵石7#地层为研究对象,利用恒温恒压冻胀融沉仪,研究不同干密度饱水砂卵石在开放系统和封闭系统条件下的冻胀率、融沉系数、冻胀力及水分迁移量。试验结果表明:①饱水砂卵石的冻胀率和融沉系数均小于1%,远小于黏土、粉土的冻胀率和融沉系数,且随干密度的增大而减小;②封闭系统砂卵石冻胀率(力)和融沉系数大于开放系统;③饱水砂卵石冻胀过程是排水过程,排水量占土颗粒质量比例不超过1%;④无论是开放系统还是封闭系统,砂卵石经冻胀融沉后,总有一定的变形残余量。研究成果为冻结法在北京深层地下空间应用提供理论依据和参考。     

大粒径卵砾石地层土压平衡盾构关键参数相关性特征

以北京地铁9号线盾构工程为背景,分别选取辐条式和面板式两种刀盘,在大粒径卵砾石地层开展土压平衡盾构现场掘进试验;利用“北京地铁安全风险管理体系”及“盾构施工实时信息管理系统”,收集盾构关键施工参数,并将其实时传输至室内实验室;通过分析试验收集的数据,得出土压平衡盾构关键施工参数之间的相关性特征.研究结果对指导盾构隧道施工及反馈设计具有重要理论与实际意义,也为类似研究提供参考     

装置材料对防水试验中密封垫性能的影响

为研究管片密封垫防水试验中不同装置材料下密封垫性能的差异,采用弹性力学理论对钢制装置和混凝土装置下密封垫的耐水压力和装配力进行研究。以管片接缝密封中常用的三元乙丙密封垫为研究对象,对钢制装置和混凝土装置下的密封垫进行防水试验,研究2种不同装置下密封垫的装配力和耐水压力与张开量的关系。研究结果表明:1)钢制装置下密封垫的竖向应力比混凝土装置下密封垫的竖向应力大,导致其耐水压力高于混凝土装置;2)2种装置得出的装配力-张开量和耐水压力-张开量曲线变化规律相似;3)采用钢制装置代替混凝土装置进行混凝土管片密封垫的防水试验时,应将张开量减小一定的数值;4)在密封垫的防水试验中应尽量采用混凝土装置进行测试;5)采用钢制装置代替混凝土装置进行混凝土管片密封垫耐水压力测试时,应对试验数据进行平移转换。     

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。     

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.     

大直径土压平衡盾构始发与 到达端头加固研究

基于既有模型和改进模型,对粉质黏土、粉土、砂土及与砂卵石共4种地层进行端头加固统计计算,讨论纵向加固范围与盾构直径之间的关系,验证端头加固的尺寸效应,给出大小盾构分界的建议:在盾构始发与到达端头加固研究中,直径小于10 m和大于10 m的盾构隧道端头土体纵向加固范围与直径的关系曲线表现出明显不同的变化特征,10 m直径可以作为大小盾构的有效分界线。对于直径大于10 m的盾构隧道,使用改进模型进行端头加固计算,更科学、更符合实际,结论更可靠。以北京地铁14号线大盾构始发与到达工程为背景,从强度、稳定性及渗透性3个方面分析大盾构端头加固方案的可行性。     

地铁双护盾TBM隧道穿越富水断裂带管片壁后回填注浆技术研究

城市地铁双护盾TBM在富水断裂带地层掘进时易面临涌水、围岩自稳性差等问题，而对管片壁后与围岩的间隙进行同步注浆既能够起到止水，又能够起到加固和及时支护围岩的作用。基于此，设计TBM盾尾封堵板结构，提出豆砾石吹填与同步注浆回填的新型施工工艺。首先通过室内试验确定同步注浆浆液的最优配比，然后依据管片预留孔点位及围岩与管片之间的间隙体积提出“三步吹填豆砾石”和“三次注浆”的回填工艺，最后进行现场应用。结果表明：同步注浆浆液的最佳A液配比为粉煤灰∶水泥∶水=2.5∶1∶2，其结石率可达95%,A液∶B液=1∶1的双液浆初凝时间短、抗水稀释能力强；现场采用该工艺后，豆砾石吹填饱满，回填体结构完整，成型隧道结构稳定，管片沉降控制效果良好，无渗漏水现象。     

论土压平衡盾构始发和到达端头加固的合理范围

首先阐述盾构始发和到达端头加固的目的,在简要介绍端头加固计算方法和设计现状后,对端头加固计算方法和设计现状存在的问题进行了详细论述,并结合不同地层情况对端头加固的合理范围进行了分析,认为盾构始发和到达端头加固范围应根据其端头的具体地层情况和盾构设备长度以及土体强度、稳定性等验算结果来综合确定。通过研究进一步明确端头加固的目的、作用和意义,为确定不同条件下盾构始发和到达端头合理加固范围提供参考。     

硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题，结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例，采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量，构建正面滚刀磨损预测模型，分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征，得出以下结论：(1)在800 m的掘进距离内，平均每个刀位换刀3.18次，随着滚刀安装半径增加，单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低，其累计磨损量呈幂指数增加；(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长，且拟合相关系数较高，表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用；(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素，可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测，此外，验证了滚刀磨损预测模型的准确性，预测值与实测值误差不超过13%。