盾构隧道穿越高强度强富水灰岩上浮段工程风险分析及应对措施

针对盾构穿越土岩交界面、高强度富水灰岩段及灰岩岩溶区所存在的风险进行分析,合理做好盾构选型,通过工程类比法并结合工程实际提出相应处理措施。采取全土压掘进模式、合理的掘进参数及渣土改良等手段控制土岩交界面上方管线及地表变形;穿越高强度强富水灰岩段,为防止掘进过程中产生"喷涌"现象,采取盾构半敞开式掘进模式、洞内补偿注浆封堵后方来水、地表注射聚氨酯和渣土改良等措施;针对高强度硬岩,通过合理选用刀具、控制盾构掘进参数减少刀具的磨损和破坏。穿越石灰岩岩溶区,针对溶洞的大小、与隧道相对位置关系和充填类型采取地面袖阀管注浆预处理,并结合管片预留孔进行注浆处理,通过采取上述综合技术措施,保证了盾构机在高强度富水灰岩上浮段的顺利掘进。     

厦门越海隧道盾构施工若干技术难题及对策

针对厦门2号线越海段盾构施工过程中出现掘进参数异常、刀具磨损严重及异常失效、堵管等工程难题,通过地质补勘,发现局部存在极硬而多裂隙的破碎带复杂地层。基于此,对越海隧道盾构施工技术进行探讨研究,创造性地提出了海上注浆加固技术,并对刀盘上的滚刀结构进行重新设计。后续施工过程刀盘推力恢复至21 000~22 000 kN之间,掘进速度维持在2~4 mm/min,达到正常掘进水平,同时降低了刀具的异常磨损和消耗。有效解决了盾构海底穿越破碎带复杂地层的难题,使得盾构顺利掘进,可为后续类似盾构越海施工提供指导。     

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。     

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。     

盾构下穿大量老龄浅基民居沉降控制技术

莞惠城际GZH-6标盾构隧道穿越地质多变的复合地层,掘进过程中遇到富水软弱地层、上软下硬、全坚硬岩、孤石、漂石、砂层等不良地层,施工难度大。隧道下穿大朗镇繁华老城区,线路上方建筑物覆盖率达90%以上,多为老龄浅基民居,安全风险高。掘进过程中通过采取建筑物及地层主动注浆及跟踪注浆、沉降监测、掘进参数优化、渣土改良、同步注浆及二次注浆控制、地质探测等多种技术实现盾构掘进过程中建筑物安全。     

北京新机场线一期8.8m直径隧道盾构选型研究

依托北京新机场线一期工程07标段,从刀盘类型、刀盘驱动设备、刀具型式、刀具布置、渣土改良系统和同步注浆系统等方面对盾构选型进行研究。通过分析工程特点、总结以往工程经验、理论计算等方法得出结论:在全断面砂卵石地层中,辐条式刀盘适应性更佳;先行刀与刮刀组合的破岩方式以及先行刀的高差设置,有利于盾构掘进开挖土体;渣土改良材料注入口布置应充分考虑地质条件。     

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。     

基于正交试验的盾构刀具磨损分析

刀具磨损检测是盾构在复合地层施工中的一个重要研究课题。针对在盾构掘进时刀盘外圈刀具的磨损检测问题,采用正交试验法对掘进参数分析刀具磨损的方法进行了改进,建立了刀具磨损量计算的新模型。分析了掘进过程中总推力、刀盘转速、泡沫注入量对刀具磨损量的影响度,并对计算模型进行了显著性检验。最后,利用盾构施工实测数据对该计算模型进行了验证。研究结果表明,该模型计算的刀具磨损的检测结果与实际换刀是吻合的,并且可以对掘进参数的设置进行指导,以提高掘进效率。     

某地铁盾构区间块石处理方法

武汉市轨道交通机场线工程土建工程盾构区间块石密集,对盾构施工有较大影响,为确保隧道施工顺利开展,采用以弹性波CT检测为主,地质钻探为辅进行块石探测。对于小直径(1.5 m以下)块石优先采取旋挖钻对块石冲击破碎进行预处理,大直径块石采用冲击钻孔破碎、开挖竖井方式将块石掏取出来,若冲击破碎无法达到预期效果,则采用深孔爆破等方法处理,块石地面预处理过程中如有未发现的块石,采用盾构机破岩直接通过;根据详勘及补勘结果,采用复合式土压平衡盾构机进行掘进,选用国产刀具,刀盘装配全盘滚刀用于破碎块石,考虑到刀盘开口率及其地层因素,滚刀间距控制在100 mm,严格控制盾构机在块石地段掘进时的盾构参数。实践表明,该方法取得了较好的施工效果,具有一定的指导与借鉴意义。     

盾构长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层施工技术

长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层一直是盾构施工的难题,掘进过程中刀具磨损严重、突遇溶洞、螺旋机喷涌、频繁带压开仓换刀,严重影响掘进速度并存在极大的安全隐患。徐州市地铁2号线百果园站-拖龙山站盾构区间有420m连续长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层,对施工进度、组织效率、工程安全均提出了较高要求。基于此,本文对盾构机刀盘刀具进行设计优化、螺旋机出土口防喷涌改造、优化掘进参数有效地控制刀具磨损,最后顺利完成本区间的施工任务并取得良好效果。     

基于滑移线场的土压平衡盾构刀具切削扭矩研究

为了较合理地估算刀盘的切削扭矩,对刀盘2种主要刀具即切刀和滚刀的切削扭矩进行研究:首先基于塑性力学中滑移线场,对滚刀和切刀分别建立与其切削机制相对应的塑性力学模型,推导具体的表达式;然后,根据盾构刀具的配置参数及红层掘进参数对刀盘的切削扭矩进行计算,分项求和得到刀盘总扭矩。最后对刀盘计算总扭矩与施工实测总扭矩相比较,并分析理论计算模型存在的误差原因。研究结果表明:滚刀在红层中受均匀磨损,磨损量小,刀盘扭矩的实际装备系数为3.2,有一定的富余。研究结果可为盾构刀盘的设计、施工提供参考。     

盘形滚刀与岩石相互作用研究综述

研究目的:盘形滚刀是一种重要破岩刀具,主要用在掘进机(TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实用价值。 研究方法:文献综合分析和研究。 研究结果:扼要分析了隧道掘进机盘形滚刀破岩的基本原理、滚刀的截面形式及几何参数,并就滚刀与岩 石相互作用机理、滚刀破岩力、掘进性能预测等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了综述。 研究结论:指出影响盘形滚刀与岩石相互作用的因素主要有机械因素和地质因素。     

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。     

TM614PMX土压平衡盾构机穿越城市浅埋石砌三联拱桥施工技术

西安市地铁1号线一期工程土建7标段玉—洒盾构区间主要风险点为穿越市区玉祥门外浅埋石砌三联拱桥,盾构穿越前对穿越的石砌三联拱桥进行三维建模计算,采用必要的加固措施以及设置试验段掘进并优化施工参数。编制专项施工方案并邀请专家对方案进行会审、把关。穿越期间采取有效控制土仓压力、刀盘转速、刀盘扭矩、调整注浆压力、加大注浆量和盾尾油脂用量、及时进行同步注浆和二次补浆、加强桥基沉降监测频率等技术措施,确保了玉—洒盾构区间安全顺利地穿越了浅埋石砌三联拱桥。     

富水圆砾地层盾构下穿既有地铁隧道掘进参数研究

南宁地区富水圆砾地层中新建隧道下穿既有隧道的相关研究目前较为匮乏.依托南宁地铁3号线金湖广场～琅西站区间盾构下穿既有1号线地铁隧道工程,对下穿区间段的盾构掘进参数进行研究.研究结果表明:3号线下穿既有1号线施工过程中部分掘进参数控制良好,既有1号线沉降控制在5 mm内;适当提高泥水仓压力能够降低既有隧道沉降的增速,同步注浆量和同步注浆压力的不足则会引起既有隧道沉降值增大;下穿施工时,掘进速度应控制在10～15 mm/min并应适当停机调整盾构机姿态,泥水仓压力应控制在0.2～0.22 MPa,预压值Pa应适量提高0.01～0.02 MPa,调整级差不应超过0.015 MPa,同步注浆量应控制在5～5.5 m3,后进行开挖或泥岩圆砾复合地层中应适量增加0.5～1 m3,同步注浆压力应控制在0.25～0.4 MPa,并根据地质情况优化注浆位置以保证注浆效果.     

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。     

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。     

狮子洋隧道泥水盾构穿越上软下硬地层施工技术

总结狮子洋隧道φ11.2 m泥水盾构穿越上软下硬地层的施工技术,从刀盘刀具配置、掘进参数、姿态控制、同步注浆等方面提出了大直径泥水盾构穿越上软下硬地层施工中应注意的主要方面,确保盾构进度指标从4.2 m/d提高到6.2 m/d,隧道质量达到验收标准。     

兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究

兰州地铁黄河隧道为国内首条交通工程类下穿黄河隧道,地质条件极为独特。为解决盾构连续性长距离在大粒径高压富水弱胶结高硬度的砂卵石地层中如何安全顺利掘进下穿黄河,采用理论分析与现场施工反馈紧密结合的方法,研究盾构下穿黄河施工难点及应对措施。研究表明:土压盾构在穿黄施工中相继遇到刀盘卡机、刀具磨损、螺旋机喷涌、固结泥饼、地面塌陷等问题;泥水盾构相继遇到掘进困难、卵石积仓滞排堵管、破碎机故障频发、刀盘刀具管路磨损、泥浆击穿河床等问题,通过设备改造,优化掘进参数,做好区间降水、工法辅助、泥浆制配、渣土改良、刀具改进、气压稳定等工作,有效解决盾构在砂卵石地层中掘进的相关问题,确保黄河隧道顺利建成。     

卵漂石地层盾构机刀具磨损研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间工程,盾构穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和富水卵漂石⑦层。此种地层在国内外均无类似工程实例,掘进施工过程中盾构机刀具磨损非常严重,通过分析和总结盾构实际掘进参数及刀具磨损规律,对盾构机的刀具配置进行有效改进,确保盾构的掘进施工顺利进行,延长盾构刀具的使用寿命。