基于离散元法的不同掘进条件下盾构刀盘受力分析

参数的设置对于盾构掘进施工具有重要意义,一般需根据土层情况和盾构机性能综合考虑施工过程中的掘进速度和刀盘转速。本文以武汉地铁12号线科普公园至丹水池区间越江隧道泥水平衡盾构施工为依托,采用离散元数值模拟方法,在PFC3D软件中参照实际参数构建土层和盾构机模型,模拟盾构机掘进过程,研究不同土层参数、掘进速度和刀盘转速条件对刀盘受力的影响规律。结果表明,土层参数对刀盘受力和挖掘效率影响较大,刀盘受力与掘进速度呈正相关,而与刀盘转速呈负相关,进而与贯入度呈现负相关,这一规律主要与刀盘对土体的挤压和切削效应有关;在施工过程中调整掘进参数时应保证掘进速度和刀盘转速的平衡。     

富水硬岩地层泥水平衡盾构掘进参数的优化分析

泥水平衡盾构穿越富水硬岩地层时,合理的掘进参数是盾构安全高效掘进的基础。依托青岛地铁8号线某区间泥水平衡盾构段项目,分析了盾构穿越富水硬岩地层的总推力及贯入度等参数。对刀具与岩体作用荷载值和刀具荷载设计值进行了计算,提出了盾构掘进参数的优化方案,并分析了优化后的掘进效率。结果表明：总推力可以控制刀盘贯入度,宜优先通过控制总推力增加盾构掘进速度;刀具与岩体作用荷载为4 277.87 kN,远小于9 528.22 kN的设计荷载值,故可适当增加刀具与岩体作用荷载至设计荷载值的75%;盾构总推力提升至18 000 kN后,刀盘贯入度增加,每环开挖耗时较优化前减少了38.7%,施工效率增加了一倍。     

泥水盾构长距离穿越高水压破碎带施工技术

以青岛地铁8号线大洋站—青岛北站东侧过海段区间的高水压长距离泥水盾构工程为案例,针对盾构长距离穿越富水断裂破碎带施工的特点,从盾尾密封、高压换刀、破碎带稳定、岩层软硬不均、盾构姿态调整等方面,分析其施工难点,并提出了相应的刀盘配置、盾体保压及盾尾密封等盾构机改造措施。阐述了破碎带施工高压换刀、开挖面稳定控制、盾构掘进姿态控制等施工措施,总结了刀盘推力、刀盘扭矩、刀盘转速及掘进速度等现场掘进参数的变化规律。     

瑞士齐美尔堡隧道施工简介

介绍瑞士齐美尔堡隧道的地质情况和施工中采用的混合型盾构。该机的最大优点是在各种复杂的地质施工中有可以根据需要调整掘进模式，可将硬岩掘进机转换成泥水加压盾构，反之亦然。     

超大直径泥水盾构隧道综合旋工技术控制

针对南京长江隧道复杂的地质条件，结合已施工地段的特点，对超大直径泥水盾构的掘进参数设定、掘进姿态控制、泥水管理、同步注浆、管片拼装、同步施工等综合施工技术进行较系统的阐述。     

砂卵石地层泥水平衡盾构隧道掘进参数控制

砂卵石地层具有地层结构松散、孔隙率大、整体强度低等特点,在此地层中进行盾构施工,合理设置掘进参数至关重要。以兰州地铁1号线迎门滩—马滩区间隧道砂卵石地层泥水平衡盾构施工为依托,研究了砂卵石地层泥水平衡盾构掘进参数。现场监测结果表明,加大盾构总推力能够适当提高掘进速度,而加快刀盘转速却不能达到这一效果。采用FLAC 3D有限元软件数值模拟了不同支护压力和注浆压力下盾构隧道掘进过程。结果表明:掌子面支护压力应与掌子面土压力相匹配,同步注浆压力应与掌子面原位应力基本一致或略高。     

沿海复合地层泥水盾构施工适应性分析

以沿海广深港客运专线狮子洋隧道为工程依托,分析软土地层、软硬不均地层、全断面硬岩地层、断层破碎带4种典型地层条件下,大直径盾构隧道掘进中遇到的问题。结果表明:软土地层适合采用泥水平衡盾构掘进,掘进速度较快;在软硬不均地层中掘进时须对边刀间距进行优化并适当调整刮刀与滚刀的高差;全断面硬岩地层中掘进速度较慢,刀具磨损严重;在断层破碎带施工时须加强刀盘驱动系统和推进系统的最大承受荷载,根据地层变化不断优化掘进参数,维持掌子面的泥水压力,保证复杂地质条件及恶劣工况下盾构的掘进。研究结果对类似工程特别是沿海地区盾构隧道施工有借鉴意义。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

超大直径泥水盾构隧道综合施工技术控制

针对南京长江隧道复杂的地质条件,结合已施工地段的特点,对超大直径泥水盾构的掘进参数设定、掘进姿态控制、泥水管理、同步注浆、管片拼装、同步施工等综合施工技术进行较系统的阐述。     

圆砾粉细砂层泥水盾构掘进参数的研究

以南宁地铁施工为依托,针对该地区的富水圆砾粉砂层级配颗粒大、渗透系数大的特点,对于盾构施工常见刀盘、刀具磨损较大、地表坍塌事故等情况下的圆砾粉细砂层泥水盾构掘进参数进行了研究。通过对工程地质的特殊性分析,试验段掘进参数的确定、优化及现场验证,取得了不同的土仓压力、泥浆密度、盾构推力大小和盾构掘进速度、控制每一环的出渣量、保证管片背后注浆的数量和压力大小等施工参数,有效地控制了地表沉降,延长了刀盘刀具的使用寿命,保证了盾构在该地层安全、顺利推进,取得了良好的施工效果。这对类似地层盾构施工具有指导意义。