北京铁路直径线大断面地下隧道盾构机选型研究

 拟建的北京站和北京西站之间直径线可使北京铁路枢纽布局更为完善，直径线地下隧道拟采用盾构法施工，盾构机选型是盾构法施工的关键环节之一。分析直径线地下隧道穿越地层的地质条件和水文条件，给出盾构机选型的一般程序和依据，着重分析工程地质条件对盾构选型的影响，对不同类型盾构的施工风险进行评估。主要研究结论是：泥水平衡盾构在控制地表沉降、漂石卵石处理、掘进进度、减少刀盘刀具磨损及开仓换刀次数等方面均优于土压平衡盾构；本工程具备泥水处理装置的场地布置条件，弃浆、降低施工噪声等环境保护问题也可得到较好地解决；本工程适于采用泥水平衡盾构机。     

加泥式土压平衡盾构机在成都砂卵石地层中应用的几个关键性问题

成都地铁一号线一期工程区间隧道大多通过富水砂卵石地层,且含有少量大粒径漂石。结合地层这一特点,对成都地铁采用加泥式土压平衡盾构施工的几个关键问题--大漂石处理方案、刀盘刀具的耐磨性、喷涌防治等进行了分析和探讨。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

大粒径富水卵石、漂石土地层大直径土压盾构掘进关键技术

为解决大直径土压盾构在大粒径富水卵石、漂石土地层条件下刀盘刀具磨损严重、刀盘被卡、地表塌陷、渣土喷涌等工程难题,结合都四山地轨道交通项目DSZQ-1标永丰站—蒲阳站区间盾构隧道工程的施工情况,从盾构选型设计、超前地质预警处理、掘进参数选择、渣土改良、螺机防喷涌等方面进行研究,总结出都江堰地区大粒径富水卵石、漂石土地层大直径土压盾构掘进关键技术,为后续工程在此类地层施工提供了借鉴依据。     

盾构法越江道路隧道建设关键技术

通过对上海建设的多条大直径盾构越江隧道进行总结分析,确定盾构法越江道路隧道建设管理需遵循功能性、安全性等总体原则,提出盾构法越江道路隧道的盾构工作井、圆隧道横断面选型与设计参数、盾构隧道防水等设计关键技术,介绍盾构选型及开挖面平衡技术、壁后注浆技术、盾构进出洞施工、监控量测等施工技术,分析盾构隧道防水技术、防火内衬及风塔合建等防火与通风存在问题与改进措施,以期为今后同类工程建设提供借鉴。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

深圳地铁盾构隧道施工技术与经验

以深圳地铁5号线为例总结十几年来深圳地铁盾构施工技术。介绍深圳地质特点和盾构适应性,着重介绍深圳复合地层盾构刀具配置、始发、空推、平移、端头加固等关键技术,并通过工程实例介绍盾构通过建筑物、河流、铁路、硬岩和孤石处理方法,提供深圳盾构法施工的宝贵经验,展现盾构法施工的最新技术和应用成果,为国内盾构法施工提供很好的范例。     

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。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

土压平衡盾构的土力学模型与土压平衡控制

根据土压平衡盾构的特点及施工原理,结合隧道设计、施工的具体经验,建立了土压平衡盾构的土力学模型,并采用朗肯理论计算了掘进土压力,提出了土压平衡盾构掘进土压平衡控制策略,确定了土压平衡盾构施工土压力的设定原则和方法,为土压平衡盾构掘进机的设计和开发提供科学的理论依据.     

盾构过上浮基岩、孤石预处理对策

以深圳地铁5号线宝翻盾构区间为例,介绍盾构机顺利通过孤石和基岩区的预处理对策。根据设计地质资料,从盾构施工前加密地质补勘入手,摸清对盾构机掘进存在风险的孤石、上浮基岩等详细参数,然后根据盾构的性能及以往类似地质的经验教训,在本区间依次采取调线调坡绕过、加固处理后通过、控制盾构机参数直接通过等方法,盾构掘进过程中没有发生一起非计划停机,有效保证了工期,在5号线全线施工中起到了示范作用。     

成都地铁4号线二期盾构隧道漂卵石专项勘察分析

为探索漂卵石地层地质勘察方法,查明成都地铁4号线二期工程西延段漂石分布、含量、粒径、强度等工程特性,通过现场井群降水、人工大口径探井开挖、钢筋混凝土护壁、井下地质编录和漂石的量测、现场K30试验、密度试验、取样和水文地质试验等综合方法,查明了漂石的空间分布、含量、粒径大小、形状、强度等特征以及漂卵石土的机床系数、天然密度、水文地质特性。从地质条件、周边环境、工程经验等综合考虑,分析了地铁隧道工法的选择、隧道埋深、盾构选型,预测施工中可能出现的岩土工程问题,并提出针对性的工程措施建议以及漂卵石地层勘察方法的选用建议。     

不同地质条件下盾构工程孤石处理工艺及实例

花岗岩风化土中存在的球状风化核,俗称"孤石",其埋藏分布及大小是随机的,且形状各异,直径从几十厘米到几米,岩石单轴抗压强度可以达到200 MPa以上。为解决盾构在存在孤石的花岗岩残积层中掘进时面临的极大施工风险,通过分析珠三角地区及台山盾构隧道工程的孤石处理工艺方法,总结各项目孤石处理的成功经验和失败教训,得出不同地质条件和不同工况条件下有效的孤石处理技术,这些处理技术包括:地下深孔爆破,冷冻、地面冲孔和人工挖孔,地表注浆以及盾构直接切削。     

盾构穿越花岗岩球状风化孤石群的施工关键技术

为解决盾构穿越孤石群地层的难题,对花岗岩风化孤石的形成机制及盾构穿越孤石群产生的地面沉降、姿态控制、设备安全的风险进行研究,并分析传统孤石处理方法在孤石群地层中运用的局限性。主要结论如下:1)盾构穿越孤石群施工应系统考虑孤石预处理、掘进和开舱换刀方案;2)采用地下隐蔽岩体爆破技术对孤石进行爆破破碎后能降低盾构掘进风险,并且盾构通过期间须严格控制掘进参数;3)采用压密注浆改良刀盘周边地层,盾尾止水和舱内制作泥膜措施辅助带压进舱,能提高开舱成功率,解决刀具更换的问题。     

北京地铁大卵石地层采用开敞式盾构机施工的可行性

针对大卵石地层盾构施工的难点,从地质适用性、结构可维护性、自身性能特点、处理大卵石或孤石的优势、施工安全性与质量、施工速度等方面进行分析,阐述开敞式盾构机的可行性,给出了北京地铁开敞式盾构设计方案及施工工艺;针对大砂卵石地层中盾构施工,从掘进速度、经济特性、综合性能等方面对土压平衡盾构机与开敞式盾构机进行了对比,表明了在大卵石地层采用开敞式盾构机是值得考虑的。     

盾构穿越富水大粒径漂石地层施工技术研究

北京地铁九号线玉渊潭区间在富水条件下穿越砾岩及卵砾、圆砾地层,该区域间分布有连续、粒径超过1 000 mm的漂石,可见漂石粒径有1 500 mm×1 700 mm,且区间隧道大部分处于高透水地层中。为保证盾构在施工过程中能安全、顺利掘进,通过分析常规破岩机制和盾构破岩机制,最终选择了尖锐划割挤压破碎机制。通过对盾构设备进行改进、设定盾构推进参数、掘进管理及其他辅助技术的改革,解决了用盾构刀盘、刀具连续破碎漂石、孤石等技术难题。通过对进度、刀盘刀具磨损情况等推进情况进行分析,并对盾构刀盘刀具的磨损情况等进行仿真验证,可知撕裂刀在解决漂石破碎、孤石等起了重要作用,最后对盾构设备及刀盘刀具的优化等提出了建议。     

盾构隧址区无自由面基岩孤石爆破预处理技术炸药单耗确定研究

在盾构隧道施工过程中,如在隧道隧址区内遇有基岩孤石,盾构刀盘无法直接破碎处理,必须提前处理这些基岩孤石。以广东台山核电站引水隧洞基岩孤石爆破破碎处理为例,通过理论推导、现场试验,得到了用于该爆破设计的炸药单耗计算公式。研究结果显示:推导出的无自由面岩石爆破破碎炸药单耗经验计算公式,通过实际爆破工程进行印证,取得了成功。     

微动探测方法在城市地铁盾构施工“孤石”探测中的应用——以福州地铁1号线为例

孤石在我国南方花岗岩地区普遍存在,其分布无明显规律,形状各异,强度可达到100 MPa以上。福州地铁1号线在施工过程中遇到了孤石问题,盾构区间范围内的孤石如果没有提前查明并处理,会给盾构施工造成重大不利影响和安全隐患。采用微动探测方法有效解决了福州地铁1号线的孤石问题,运用微动探测成果结合少量钻孔验证进行盾构施工的安全性分析,为盾构施工提供指导。简要阐述了微动探测方法的基本原理,介绍其在福州地铁1号线多个盾构区间孤石探测的成功案例,说明微动探测方法适用于城市复杂的环境条件,在盾构施工孤石探测方面具有良好的应用效果。     

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。     

花岗岩风化残留体地震法探测应用研究

花岗岩风化残留体会给城市地铁盾构施工带来极大的风险,为保证盾构在存在残留体的地层中顺利掘进,需提前探测出其在隧道沿线的分布情况。较之传统的钻探探测方法,地震法探测具有环境干扰小、效率高、覆盖范围广且成本低廉的优势。文章针对南方地区花岗岩地层特征及城区环境特点,对目前常用地震探测方法的适用性进行了试验研究,认为浅层地震反射法对于孤石探测是行之有效的,采用横波探测可以提高探测准确度。所得出的结论可供以后孤石探测工作参考借鉴。