盾壳摩擦对周围土体工作性状影响的研究

文章以天津地铁二号线东南角站至建国道站区间左线盾构掘进项目为依托,采用ABAQUS对盾构掘进过程产生的地表沉降进行了计算,并结合工程实测结果对其进行验证,并进一步分析了在一定掌子面推力下的盾构掘进过程中,不同盾壳摩擦作用对周围土体变形与受力的影响。研究结果表明:盾壳摩擦作用对土体沿掘进方向的水平位移和附加应力影响较大,且影响最敏感区域位于盾构机头和盾尾附近;当距离隧道超过一倍隧道直径时,盾壳摩擦产生的土体附加应力衰减至可被忽略的程度。     

盾构隧道施工地层变形三维解及影响因素分析

文章以某区间隧道富水砂层条件下盾构施工过程为研究对象,重点考虑了盾构正面附加推力、刀盘与土体之间的摩擦力、盾壳与土体之间的摩擦力、地层损失及盾尾同步注浆压力五方面因素的影响,建立了盾构推进力学模型。基于Mindlin解,建立了考虑同步注浆压力及刀盘摩擦力影响的地层变形三维解析解,并结合现场监测数据和数值分析结果对其进行了验证。分析结果表明:盾构施工引起的横向地表变形曲线呈"V"形,纵向地表变形历时曲线呈"S"形;刀盘与土体之间的摩擦力引起的地层变形曲线左右两侧呈反对称分布;盾尾同步注浆压力引起地层隆起变形,设置合理的注浆压力并及时注浆能有效控制施工变形。该方法得到的结果更为合理,可用于预测盾构施工阶段的地层变形。     

土压平衡式模型盾构机的研制

文章针对一台φ52 cm模型盾构机的设计和制造进行了论述,该模型盾构机由盾壳、推进机构、掘削机构和出土机构四大部分组成,其中盾壳为0.6 cm厚的钢制圆筒,推进机构由四台双向千斤顶构成,掘削机构包括刀盘、主轴承和刀盘电机等,出土机构包括螺旋出土器和电机。模型盾构的推进、掘削和出土等操作由控制台完成。该模型盾构机可在室内完成刀盘掘削、出土、推进、管片拼装及盾尾注浆等过程,为盾构隧道掘进的室内模型试验提供了一种新的途径。     

盾构掘进姿态和纠偏曲线研究

盾构掘进过程中出现的姿态问题会影响整条隧道的质量。文章首先对盾构姿态参数和隧道设计轴线进行阐述,将设计轴线分为水平和竖直线形来研究;基于盾构盾尾间隙、铰接装置、推进油缸行程差对最小纠偏曲线半径影响的分析,得到最小纠偏曲线半径的取值范围;基于温克尔地基模型,推导出纠偏力矩与最小纠偏曲线半径的关系式;在现有纠偏曲线理论研究的基础上,提出优化后的水平线形纠偏曲线模型。通过对工程实例进行仿真模拟,获得的纠偏曲线满足要求,由纠偏曲线曲率半径变化而获得的纠偏力矩变化曲线符合在实际纠偏过程中的油缸推力变化规律。     

大型泥水平衡式盾构施工技术初探

本文以延安东路复线隧道２００ｍ构试推进试验为工程背景，着重介绍了大型泥水平衡式盾构在软弱地中层中掘进隧道的施工技术，并就该类盾构的开挖面稳定机理展开讨论。文章根据试推进试验结果，提出了泥水平衡式盾的最佳参数匹配方法，同时浅论了盾构推进系统、泥水处理系统和同步注浆系统的管理技术。     

富水复杂地层中长距离大坡度煤矿斜井TBM选型

文章以某矿井主斜井采用TBM施工为背景,分析指出了该工程所面临的主要问题和技术挑战,并对各类型盾构和TBM在该工程中的适应性进行了理论对比分析,提出了煤矿长距离斜井施工采用双模式TBM的设备机型。鉴于煤矿斜井TBM施工面临的长距离、大坡度、大埋深、有毒有害气体危害、富水复杂地层及施工进度要求高等问题,文章对双模式TBM的主要功能设计及设备的选型配置进行了研究,提出了双模式TBM应对不同技术问题的设计方案和设备配置技术措施。     

基于推进参数的盾构刀具磨损预测模型研究

文章结合狮子洋隧道复合地层盾构施工,针对隧道穿越的以软岩为主的复合地层以及硬岩两种主要的地质条件,选取了盾构总推力、刀盘扭矩、推进速度和刀盘转速四项主要的推进参数为研究对象,详细分析了四个推进参数对刀具磨损的影响规律,并分析影响规律产生的内在原因;建立了刀具磨损量与四个推进参数之间的拟合表达式,为工程实际中减小刀具磨损及预测盾构在类似地层条件下的最长推进距离等提供理论依据。研究结论对于类似地质条件下盾构选型和实际施工有一定的指导价值。     

岩质地层盾构掘进施工控制参数分析

盾构机掘进施工参数的影响因素繁多,盾构机各参数之间的相关性研究主要以理论分析为主,盾构掘进施工参数的影响因素与影响机制难以阐明。文章对大连岩质地层中土压平衡盾构掘进施工控制参数进行了收集与分析,结果表明:盾构机的总推力与顶推速度、刀盘转速与刀盘扭矩以及螺旋输送机转速与其扭矩的相关性均不显著;因岩质地层中土拱效应明显,盾壳与围岩之间的摩阻力较小,总推力主要用于提供刀盘与开挖面之间的水平相互作用力;盾构机的螺旋输送机转速与盾构机顶推速度之间的相关性显著;螺旋输送机通过转速来调整土舱饱满度,进而影响开挖面上被切削的土体进入土舱内的难易程度,因此螺旋输送机的渣土输出效率对顶推速度与刀盘扭矩影响明显。     

杭州地铁1号线盾构掘进对周围土体扰动分析

文章以杭州地铁1号线红普路站—九堡站区间段右线隧道盾构掘进为工程背景,对盾构掘进过程中周围土体的变化情况进行了试验性监测研究,其监测内容包含地表沉降、分层沉降、水平位移和孔隙水压力。通过监测数据分析表明:地表沉降主要集中在盾构通过前接近监测断面和盾尾离开监测断面这一期间;在盾构通过时,隧道盾构外侧土体存在明显沉降,而在盾构通过前、后,土体均有不同程度的隆起,并且横向水平位移较大,受挤压效果明显;盾构切口到达和盾尾离开时,孔隙水压力都会出现突然增大随后迅速减小的变化规律,反映了土体挤压、恢复和松弛等扰动状态。     

砂性地层盾构同步注浆渗透距离预测模型与应用

由于砂性地层孔隙率大且孔隙分布的巨大差异性,地层渗透性能具有显著的各向异性特征,所以导致盾构施工同步注浆浆液渗透扩散也具有明显的各向异性和非均质性。针对砂性富水地层盾构同步注浆渗透扩散距离预测方面存在的问题和不足,提出虚拟微元流体柱状结构模型和等效流管浆液渗流模型,构建盾构同步注浆渗透扩散理论模型,建立了浆液渗透扩散距离的理论解。系统研究了渗透性富水地层盾构同步注浆浆液渗透扩散特性及其与浆液黏稠度、土体孔隙比、注浆压力等参数的相关性。结果表明,注浆渗透距离与浆液黏稠度成反比、与土体孔隙比和注浆压力成正比;一定的工程条件下,同步注浆压力存在相对合理的取值区间,压力过小不利于盾尾空隙充填,压力过大则易引发地表冒浆及周边环境安全风险。研究结果应用于实际工程,取得了良好技术效果。     

砂卵石地层盾构施工参数对邻近建筑变形的影响研究

为了降低砂卵石地层盾构施工对邻近建筑物的影响程度,文章基于Midas GTS NX有限元软件构建模型,对不同顶推力、注浆压力和浆液强度下盾构邻近建筑物变形规律进行分析。结果表明:建筑物的沉降变形和水平位移随着顶推力增大而逐渐增大,随着注浆压力和浆液强度增大而逐渐减小;顶推力越小,注浆压力和浆液强度越大,建筑倾斜率越小;当盾构千斤顶推力为110 kPa、注浆压力为190 kPa时,建筑的沉降变形相对较小,并宜选择强度高的注浆材料。     

复合腔体加固盾构隧道衬砌力学行为的宏观分析模型

文章以复合腔体加固盾构隧道极限承载力足尺试验为背景,提出一种可用于模拟盾构隧道结构加固工况的非线性叠合模型,用不同的材料定义复合腔体和管片,用双向弹簧单元模拟未加固隧道与复合腔体间的粘结,并通过对比足尺试验结果,对模型的有效性进行了验证;同时详细地描述了一些关键参数的取值,并通过数值模拟结果形象地描述了结构的受力性能和破坏机理,为运营地铁盾构隧道的工程加固提供了优化建议。     

软土地区土压平衡盾构停机实测分析

文章结合杭州软土地层某一地铁区间盾构掘进过程中的两次较长时间停机事故,研究了土压平衡盾构在软土地层中停机期间地层的变形特性。分析结果表明:在盾构停机过程中,沉降影响范围超过5倍盾构直径,远大于正常掘进情况下3倍盾构直径的影响范围;盾构前方土体呈现整体沉降的规律,其沉降槽不能被Peck正态分布公式拟合;在盾构重新启动时,与正常掘进相比,盾构千斤顶总推力急剧上升。究其原因认为,在停机过程中,受扰动结构性软土强度恢复影响,导致盾构与土体之间摩阻力大幅增大所致。本文结果对研究软土地区盾构施工因故停机期间地层及盾构响应特性有一定借鉴意义。     

超大直径隧道管片纵向螺栓施工期间断裂原因分析

超大直径盾构隧道施工期间螺栓断裂是复杂的力学过程。它受到盾构施工过程中诸多因素的影响。通过对螺栓受力状况的试验,并结合盾构推进过程中相关参数、盾尾同步注浆量及注浆压力、隧道沉降监测数据,详细分析了管片纵向螺栓断裂的原因,可供类似工程参考和借鉴。     

上海崇明越江通道长江隧道工程综述（二）——长江隧道工程实施

本工程选用两台直径15430mm的超大型泥水平衡式盾构机（见图11）进行7．5km长的圆隧道施工,一次掘进完成。 5．1盾构设备性能和特点 盾构机包括本体和后配套系统,全长约134m,总重约3250t,包括刀盘、盾体、盾尾、推进、拼装、同步注浆、运输、导向、数据采集和泥水输送等部件和系统。     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。     

大直径泥水盾构施工小半径曲线隧道的质量控制措施

上海长江西路越江隧道系采用15.43m泥水气压盾构施工,为避开逸仙路高架桩基和轨交3号线高架桩基,曲线段隧道的最小转弯半径仅为910m。通过对盾构设备的优化、管片的合理拼装、盾构姿态控制等措施,使隧道轴线平面偏差控制在±40mm内,高程偏差控制在±30mm内;施工中未出现管片碎裂现象,其盾尾间隙均匀,从而保护了盾尾钢丝刷,规避了盾尾漏浆等施工风险,积累的经验可供类似工程参考。     

φ800mm土压平衡式模型盾构试验系统的研制

文章针对自主研发的φ800 mm土压平衡式模型盾构掘进系统,详细介绍了盾构机壳体、掘削系统、螺旋出土器、推进系统和控制台5个重要部件各自的结构形式、布局特点、参数确定及具体功能等,并指出该模型盾构试验系统可根据不同的需求开展原样土体掘进试验、相似模型试验,以及盾构近接施工等复杂条件下的模拟试验;通过在原样砂土地层中的掘进试验结果,分析了地表沉降形态与发展过程及地层损失率与地层位移间的关系;运用Peck公式对地表沉降进行了计算并与试验值进行了对比,验证了该土压平衡式模型盾构掘进系统的可靠性。     

浅析盾构隧道模型试验的现状与发展

模型试验是盾构隧道相关研究工作中常用的研究手段。文章对目前盾构隧道模型试验所涉及到的问题进行了系统总结分析,将其归结为管片结构的受力问题、隧道结构本身的分析模型问题、结构与围岩的相互作用问题、开挖面稳定问题、结构与邻近结构物的相互作用问题、隧道施工扰动与控制问题,以及其他问题等。通过典型模型试验实例,对每类问题进行了分析阐述,系统归纳了模型试验在盾构隧道相关研究工作中的进展和成果。针对盾构隧道模型试验经常涉及到的诸如结构模型、模型土、模型箱等材料的选择,加载方案的设计,以及试验方案的综合设计等问题进行了阐述分析,并针对性地提出了意见和建议。     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。