盾构静-动态泥浆渗滤成膜及支护效率控制方法

近年来，泥水盾构在越江跨海隧道中被广泛应用，隧道开挖面“泥浆-土水”相互平衡作用是工程安全的关键。盾构泥浆能否成膜、动态掘进泥膜是否存在、动态泥膜如何发挥支护作用等问题受到广泛关注，理清这些问题是保障开挖面稳定的基础。对此，基于多相流理论提出了泥浆“渗滤-成膜-生长”瞬态力学模型，探明了泥浆的流体特性和地层的水力传导性质的时空变化规律，揭示了盾构停机静态成膜和掘进动态成膜机制，并通过静、动态成膜2个实例计算验证了理论方法的适用性。研究结果表明：盾构静态停机状态下通常为全断面泥膜，泥浆以面力形式进行支护，盾构掘进时表现为动态局部泥膜，泥浆压力可较长距离前向传递，以渗透力的形式发挥作用；盾构掘进时开挖面泥膜分布为多辐扇形的局部泥膜，可分为泥膜渐变区和无泥膜区，无泥膜区域靠近先行刀臂，随着刀盘转速的增加，泥膜的厚度和泥膜面积逐渐减小；实际工程中，可以从泥浆材料和掘进参数两方面提升泥浆的支护作用，一方面根据地层-泥浆粒径比和泥浆黏度双控指标进行泥浆配置，另一方面宜降低盾构刀盘转速，同时适当增加掘进速度，充分发挥局部泥膜的支护作用，提高泥浆的支护效率和开挖面的稳定性。研究成果对泥水盾构施工安全有一定的指导意义。     

西安地铁盾构施工对古城墙影响

针对西安地铁2号线盾构施工下穿古城墙问题,在考虑城墙损伤的前提下,采用三维弹塑性有限差分法FLAC 3D软件模拟了不同加固措施工况下盾构施工对西安城墙北门的影响,得出了盾构掘进过程中城墙的沉降规律,并对该规律进行了分析.研究结果表明,采取钻孔灌注桩及化学注浆复合加固措施可以有效地保证城墙安全,为西安地铁2号线的施工及保护古城墙提供了指导性的建议,并为日后有关黄土地区的盾构施工提供了参考.     

论城市轨道交通领域的技术创新

增强自主创新能力是实现我国城市轨道交通"又好又快"发展的中心环节.结合我国城市轨道交通发展的现状,认为我国城市轨道交通技术领域自主创新的基础条件已经具备.详细阐述了实现我国城市轨道交通技术创新的途径,突出强调了我国城市轨道交通领域技术创新中必须注意的几个问题.     

盾构水平偏角变化对盾构-土相互作用影响

为了探明盾构掘进过程中机-土相互作用的机理，指导盾构姿态的控制和调整，针对水平偏角变化对盾构与土相互作用的影响这一问题，对作用于盾壳周围土压力的理论计算方法以及水平偏角预测模型进行研究。首先基于地基反力曲线，通过等效弹簧近似建立盾构与土的相互作用模型，同时基于几何分析可计算盾构水平偏角变化过程中周围土层发生的位移，从而得到作用于盾构外壳的周围土压力的理论计算方法。然后引用改进的松动土压力计算方法，得到盾构初始土压力的计算方法，解决盾构水平偏角计算的初始边界问题，并结合土对盾构作用荷载的计算方法得到盾构水平偏角计算方法。基于所建立的理论计算模型，对盾构机质量、地层类型以及地层开挖损失率等因素对盾构-土相互作用的影响进行分析和讨论。最后，结合济南地铁R2线盾构隧道工程，对盾构的水平偏角以及相关掘进参数进行实时监测，并与盾构水平偏角理论值进行对比分析。研究结果表明：盾构质量以及地层开挖损失率对盾构在水平面上进行姿态的影响较小；不同地层类型以及地层的土压力系数对盾壳与土相互作用的影响较大；通过工程应用发现盾构水平偏角理论值的变化趋势与实测值基本一致，但由于盾构自身施加的调姿弯矩无法完全作用于盾构机，因此理论值普遍大于实测值。     

盾构技术的发展与应用

介绍盾构技术的发展历史和各国盾构技术概况，探讨了北京地区应用盾构的有关技术问题。     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明：双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

软岩地层泥水盾构掘进刀盘堵塞现象研究

软岩地层(黏性矿物含量高)泥水盾构掘进刀盘堵塞现象(刀盘结泥饼)时有发生,不仅影响施工进度和质量,而且开舱处理风险较大,可能会导致人身伤亡或工程事故.为了探明刀盘堵塞现象及其影响因素,实现对刀盘堵塞的有效预防和治理,研发了一套软岩地层泥水盾构掘进模型试验装置.在自行设计、制作的模型试验平台上,选用以膨润土、高岭土、石英...     

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.     

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。