基于有限元盾构开仓开挖面稳定性及施工技术研究

以广州地铁4号线塘—大区间盾构隧道为依托,针对盾构开仓开挖面稳定及施工技术展开研究。采用有限元分析方法,对盾构开仓开挖面破坏形式、开挖面变形和开挖面前方地表沉降三方面进行稳定性分析,得到相应规律;从盾构开仓刀盘后止水措施、开挖面泥膜质量控制和盾构开仓期间监测措施三方面对盾构开仓开挖面稳定施工技术进行研究,并提出主要相关参数。盾构开仓期间,利用盾构外壳预留孔采用高压注浆方式向盾构周边注入1.10~1.15 g/cm;的高粘度浆液,以免浆液流失;工程遵循"高稠度、高密闭、低比重、易成膜"措施,调整泥浆参数,同时对所选泥浆材料进行优化;采取加密监测频率方式,周边地表监测频率为8次/d。最后给出开挖面异常工况处理措施,并将该方案应用于实际,取得良好效果,为大湾区盾构开仓开挖面稳定提供工程参考。     

岩溶区盾构带压开仓掌子面加固关键技术研究

针对盾构过岩溶区带压开仓常规加固所存在的弊端,以深圳地铁16号线龙龙区间为背景,研究注浆加固关键技术。通过试验配制具有一定胶凝性能的快凝低强度浆液,并利用研制的可伸缩液压注浆装置,将浆液直接快速输送至地层薄弱点,使其渗入掌子面岩土裂隙,实现掌子面整体加固、阻断外部来水和密封土仓高压气,快速稳固刀盘、土仓土体,同时做好盾尾止水,保证换刀安全。该方法与常规衡盾泥加固相比,经济效益显著,对复合地层、富水砂层、软塑或流塑性地层等不良地质中盾构带压开仓具有重要指导意义。     

海底复杂地层泥水盾构带压开仓保压技术研究

厦门地铁2号线海沧大道站—东渡路站区间海底盾构隧道地质情况非常复杂,水土压力大,且存在大量的孤石和凸起基岩.其施工难度极大,刀盘易发生磨损和崩坏,需频繁进行带压开仓换刀.为解决海底复杂地质情况下带压开仓开挖面易失稳的问题,针对海底盾构在不同地质条件下带压开仓保压技术进行研究,提出了海底盾构在单一地层、裂隙发育地层、碎裂...     

泥水平衡盾构开挖面失稳特征模拟试验研究

为研究泥水平衡盾构施工过程中开挖面的失稳过程与特征,使用泥水盾构模型装置,通过室内试验模拟泥水盾构开挖面的掘进失稳过程,分析地层水土应力变化规律,总结了不同水位下泥水盾构在砂土地层中开挖面主动失稳的破坏形式.研究结果表明:盾构刀盘前方土压力、超孔隙水压随着支护力减小先缓慢下降后加速下降并保持稳定,此时开挖面失稳破坏;在...     

泥岩地层盾构施工渣土改良技术研究

针对泥岩地层盾构施工过程中易出现结泥饼现象,以南宁3号线盾构施工为工程背景,研究了渣土改良关键技术:通过优化刀具配置、改造渣土改良系统以及研究分散剂的最佳配比,防止了渣土黏附在刀盘、土仓及螺旋输送机内部,有效解决了结泥饼和堵塞问题,从而减轻了转动刀盘的运行负荷;同时,通过添加改良剂改善了土体的性能,确保了盾构机排土顺畅,从而提高了掘进速度,并保证了开挖面稳定。研究成果具有一定的应用价值,为类似地层土压平衡盾构施工提供参考和借鉴。     

填海区富水砂层下覆基岩混合断面盾构施工技术

结合深圳地铁2号线工程实例,详细介绍了填海区地铁盾构通过高强度基岩地质区域的施工技术,对盾构掘进过程中遇到基岩地层加固、开仓换刀、盾构掘进等处理措施进行了全面阐述。采用洞内、地面注浆加固,完成常压进仓进行刀具检查更换。盾构过基岩隆起区合理控制掘进参数并采取必要的辅助措施,通过盾构机掘进过程中对关键参数的控制,加强了对刀具的保护,顺利通过了单轴抗压强度高达110 MPa的38.4 m基岩隆起区。     

富水砂砾地层盾构液氮冻结常压开仓施工技术

为了解决富水砂砾地层中盾构区间前盾范围的土体加固,使得盾构机具备常压开仓换刀的条件,考虑到液氮气化时剧烈吸热的原理,提出了采用液氮冻结技术快速冻结土体的解决思路。通过地面施工垂直钻孔,并下放液氮冻结管,液氮气化吸热,直至冻结面及周围土体,对盾构机前盾1.5 m范围的土体加固。实践证明,在富水砂砾地层中其它封水措施效果达不到安全要求的情况下,液氮快速冻结技术取得了理想效果。     

重叠隧道上洞开挖面支护与注浆压力对下洞隧道的影响分析

以昆明地铁首期工程环城南路站—昆明火车站站区间重叠隧道为背景,研究重叠隧道施工时开挖面支护压力及注浆压力对下洞隧道的影响。采用有限元数值模拟方法,分析了土仓压力与注浆压力对地表沉降和下洞管片衬砌结构应力的影响。研究表明,注浆压力的影响更为显著,盾构掘进应保证开挖面支护压力不小于地层原始水平应力,注浆压力应控制在0.8~1.0倍地层原始应力范围内。     

复合地层盾构隧道施工环境影响及参数敏感性研究

含花岗片麻岩风化地层和软黏土地层的复合地层给工程实际施工带来了较大的困难和风险。为了研究隧道开挖对复合地层的环境影响机制,本文以广州地铁21号线中新站至中新东站隧道工程为背景,通过处理及分析,得到了隧道开挖引起周围地层的变形规律和影响参数的敏感性。分析表明,隧道在复合地层中开挖,地表沉降的发展与Mair提出的沉降五个阶段理论相符。双线隧道开挖时,先行隧道开挖对后行线围岩引起的地层扰动和超静孔隙水压力等因素都将增大后行线隧道周围土体的变形沉降。此外,地表沉降各施工因素的敏感性排序为:土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、总推力、同步注浆压力。因此,控制土仓压力、保证刀盘扭矩和转速的均衡是降低沉降的关键措施。     

浅埋微距双线土压平衡盾构水下始发分析

为了研究双线土压平衡盾构水下始发时的施工扰动行为,以广佛环线城际铁路沙堤隧道工程为背景,采用流固耦合分析方法,系统分析有无渗流作用下土压平衡盾构于河道中进行始发的施工响应和地层加固问题,并基于开挖面稳定系数的概念和方法对盾构始发过程中开挖面的稳定性进行分析与评价。研究结果表明,地下水渗流作用会大大增加开挖面失稳风险,引起地表发生较大沉降;始发加固作用可以有效减小地表沉降值,且可以减弱盾构掘进对加固区域外地层的超前扰动;基于开挖面稳定性系数的开挖面稳定性等级分析方法得到的开挖面稳定性分析结果与数值模拟结果基本一致,可以用于盾构隧道开挖面稳定性的分析和评估。     

盾构穿越孤石及带压换刀技术研究

盾构施工经常遇到体积较大的孤石,因其强度较高且与周围地层特性差异较大,造成盾构施工困难,易引发地层沉陷等安全事故。为解决盾构穿越孤石难题,对全回转套管钻处理孤石施工及带压开仓换刀技术进行研究。主要结论如下:(1)盾构施工前应系统考虑孤石探测、预处理、盾构机开仓换刀方案,为安全掘进提供保障;(2)采用全回转套管钻法清除孤石后,大大降低了掘进风险,并通过控制盾构机掘进参数顺利穿越孤石区域;(3)充分利用已有基坑围护结构,采用旋喷桩加固盾构周围地层,并结合采用盾尾止水环、降水等措施辅助带压进仓,解决刀具更换问题。     

厦门复合地层条件下的盾构机选型研究

厦门轨道交通1号线穿越地层十分复杂,具有典型的复合地层特点。结合沿海等城市复合地层中盾构施工的经验教训,针对厦门典型的地质条件,对盾构机刀盘、刀具对地层适应性进行分析,并对盾构机主要渣土改良系统、注浆系统、开仓作业系统提出建议和意见,可为厦门轨道交通1号线相关标段盾构施工提供指导和借鉴。     

利用分散剂处理盾构泥饼施工技术及应用效果评价研究

以杭州某标段盾构机在复合地层中处理盾构机土仓结泥饼为背景,研究盾构机土仓气密性检测、土仓土气置换、分散剂注入与半气压搅拌浸泡施工技术。结果表明,采用该技术妥善解决了盾构机在不具备开仓条件下处理盾构机泥饼的问题,避免了人员进仓处理泥饼的风险以及因盾构机开仓而造成地面及临近建筑物发生沉降的风险,省略了地面开挖、进场设备旋喷加固、等待强度、施工协调、盾构停工等一系列繁琐工序,确保了盾构机安全、快速施工,缩短工期近3个月。采用的分散剂等材料与传统技术地面加固产生弃浆污染场地相比,更具有节能环保、绿色低碳的优点。同时,该技术获得了业主及业内人士的高度评价,综合效益显著,也为类似地铁施工提供借鉴和参考。     

复合地层盾构近距离下穿既有成型隧道风险控制研究

中砂泥岩复合地层中的泥水盾构掘进面临堵仓、堵管的风险,对于控制沉降极为不利,尤其是近距离下穿既有成型隧道。以南宁地铁2号线火车站~明秀路区间(火明区间)泥水盾构下穿既有地铁1号线为背景,首先分析了中砂泥岩复合地层中盾构施工的风险,然后介绍了盾构穿越既有隧道前的加固措施,穿越前盾构机的开仓及检修工作,穿越过程中的掘进参数控制,最后介绍了采用基于自动化监测的沉降反馈控制体系。现场实测数据表明:泥水盾构在含泥岩地层中极易发生堵仓堵管,对于控制开挖面稳定十分不利,有计划的开仓清理对于穿越重大风险源是必要的;对既有成型隧道的加固是必不可少的措施,穿越过程中要以控制开挖面泥水压力为目标,降低推进速度;穿越过程中沉降信息的实时反馈是实现微扰动施工控制的关键,通过上述措施,既有1号线隧道最大沉降控制在-5.7 mm。     

卵石层中长距离大直径盾构换刀地面加固研究

研究目的:卵石层中长距离大直径盾构掘进是盾构施工的世界性难题。某工程采用一台12 m的大直径盾构独头掘进5.2 km,卵石地层中盾构掘进,刀具(盘)磨损严重,须有计划地设置盾构停机点和对盾构刀盘进行全面检修并更换刀具,为确保施工安全,需对配套的地面加固措施进行研究。研究结论:无论是带压进仓作业,还是常压进仓作业,为确保施工安全,都需采取辅助的地面加固措施,以提高盾构机周围地层的稳定性和密实性;带压进仓换刀,可采用后退式分段注浆地面加固措施;常压进仓换刀,可采用钻孔桩+桩间注浆地面加固措施。     

加泥式土压平衡盾构开挖面稳定技术

土压平衡盾构施工的关键是控制开挖面的稳定,这是盾构施工控制沉降的核心。结合北京地铁10号线一期工程,分析土压平衡盾构开挖面的稳定机理,提出土压力设定值和泥土压力管理方法;针对泥土的功能和特性,提出泥土的塑性流动态控制和改良控制方法,并对出土量进行分析,得出全面了解开挖面稳定机理是关键、开挖面土压控制管理是确保开挖面稳定的重要环节、土的性状改良和出土量管理是确保开挖面稳定重要因素的结论。     

广州地铁二十二号线南西区间盾构隧道施工关键技术研究

针对广州地铁二十二号线南漖站-西塱站区间土压平衡盾构法在掘进过程中遭遇的痛点问题,详细介绍了盾构掘进的工程情况,分析了砂层地层的喷涌性质、刀盘结泥饼和管片质量缺陷产生的因素及相应措施,通过超前注浆加固、刀盘结泥饼处理、盾构带压开仓、盾体脱困及变形处理较好地解决了工程实际问题,对类似工程具有参考意义。     

盾构施工对土体应力扰动过程的三维数值分析

基于比奥固结理论,应用ABAQUS软件,建立了包括盾构管片、注浆层、注浆压力、开挖面推力等参数的盾构施工三维有限元计算模型,并对模型进行了验证.采用分步开挖的方法模拟盾构施工对周围土体的应力扰动过程,计算并分析了主应力大小、方向以及孔隙水压力等参数,分析结果表明:盾构施工对周围不同区域土体有加载或卸载作用,从而产生正的或负的超孔压;在土层渗透系数较小时,盾构施工之后土体中仍存在较大的超孔压,造成土体长期固结变形,使管片荷载随时间增大;采用三维流固耦合有限元计算方法可合理模拟含水地层的盾构施工过程.     

深厚软土地区盾构管片上浮特性数值分析

深厚软土地区盾构管片上浮是较为普遍的现象,对盾构过程和周围环境安全影响较大。结合福州某地铁盾构工程,考虑地层损失和软土扰动影响,建立了深厚软土地区盾构过程中管片上浮的数值模拟方法,并利用实测数据对该模型进行验证。利用已验证的数值模拟方法分析了同步等效注浆压力、注浆量、浆液压缩模量、土仓压力和隧道埋深等对盾构参数对管片上浮量和上浮规律的影响,并建立了管片上浮量的经验计算公式。研究表明数值模拟结果与实测值吻合度较高,能够较真实反映盾构管片的上浮特性;随着注浆压力、土仓压力、注浆量、浆液模量的增大,管片上浮量增大;随着埋深的增加,管片上浮量降低。     

盾构法地铁隧道施工数值模拟

以南京地铁1号线许府巷站—南京站区间隧道为背景,采用有限差分程序FLAC3D,对盾构在富水饱和粉细砂、粉砂夹细砂地层中掘进施工进行数值模拟,考虑了隧道开挖、地下水位、土仓压力、同步注浆等因素影响,并将计算结果与实测地表沉降数据进行了对比分析。