砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。     

钢套筒辅助技术在透水卵石地层泥水盾构接收中的应用

泥水盾构隧道的始发与到达控制一直是盾构掘进施工中的关键步骤,其难度较大且风险较高。为了保证盾构接收过程的安全、快速与经济,结合某地铁区间工程,对强透水砂卵石地层条件下的泥水平衡盾构钢套筒辅助接收技术进行试验。针对强透水砂卵石地层透水性强、被扰动性强以及地层不稳定等特点,对钢套筒设计、端头井加固、盾构机姿态校核、洞门处破除、到达洞门的掘进参数控制以及洞门注浆堵水处理等方面进行分析并形成一整套相关控制技术。从实际施工效果可知,采用该技术进行盾构接收具有安全性高、工期短、施工成本低以及适应性强等优点。     

砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究

盾构机在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时,由于土体塑流性差,土体在土舱内无法及时排出,时常出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,推进速度极其缓慢等现象;由于土舱内土体颗粒间力的传递是点对点,使支护压力不能有效施加到开挖面上,极易出现地表沉降超限、塌方等事故.为此,以北京地铁9号线盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究.试验结果表明:采用泡沫十膨润土作为土体改良剂对砂卵石地层土体进行改良是可行的;在土体改良过程中应根据出土量、土压力、盾构推力及刀盘扭矩等参数的控制情况,及时调整土体改良剂的注入时间、注入量等参数;在确保盾构出土量可控的前提下,采用满舱欠压掘进模式可以提高砂卵石地层盾构掘进的效率.     

散粒体地层土压盾构掘进掌子面稳定性研究

采用三维离散元方法开展了考虑动态掘进过程条件下的散粒体地层土压盾构掌子面稳定性研究。首先建立与文献[14]室内模型试验相匹配的三维离散元模型,通过对比两者之间结果验证数值方法的合理性,然后采用验证的数值方法建立原型土压盾构模型并在散粒体地层中掘进,探讨隧道埋深、地层特性以及施工扰动等因素对掌子面稳定性的影响规律,并从颗粒运动层面解释隧道失稳机理。研究结果表明:盾构施工过程削弱掌子面稳定性,极限支护压力pf增加,影响程度与面板开口率和掘进状态相关。pf随土体内摩擦角增大而减小,砂土和砂卵石中pf随隧道埋深线性增加。当隧道埋深较大时,密实砂卵石地层中pf基本不再变化。当埋深较浅时,失稳区发展至地表,覆土厚度较大时拱顶上方形成稳定塌落拱,失稳区分布范围随内摩擦角增大而减小。研究成果对散粒体地层中修建盾构隧道确保掌子面稳定具有指导意义。     

富水砂卵石地层泥水平衡盾构适应性研究

在含大漂石的富水砂卵石地层采用盾构法施工在国内尚属首次,以成都地铁1号线盾构4标右线隧道泥水平衡盾构施工为例,结合施工中出现的问题,对泥水平衡盾构在砂卵石地层中的适应性进行初步研究,并提出相应的改进措施,对后续工程施工具有借鉴意义.     

大直径泥水平衡盾构穿越砂性地层沉降控制分析

结合武汉轨道交通8号线越江区间隧道建设,为研究大直径泥水平衡式盾构穿越砂性地层引起的地表沉降问题,开展盾构施工扰动下地表沉降现场监测分析,盾构穿越过程中部分地表产生较大隆起,且变形稳定后隆起值较大,通过分析盾构施工参数与现场监测数据,判断注浆压力过大为导致地表产生较大隆起的主要原因;通过数值计算,分析不同注浆压力下变形稳定后的沉降槽曲线,结果表明:采用实际注浆参数的计算结果与实测数据比较吻合;考虑到施工中一些不确定因素的影响,结合数值计算结果,为了将地表隆陷控制在较小的量值范围之内,大直径泥水平衡盾构穿越相似条件地层时合理的注浆压力为0. 55～0. 60 MPa。     

基于土压平衡模式的盾构穿越密集建筑群变形控制技术研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道采用盾构法施工,隧道在曲线段穿越密集建筑物群,且建筑物变形控制标准高,隧道穿越地层为富水黏土地层。根据试验段的土压平衡和泥水平衡两种模式掘进效果对比,提出采用土压平衡模式穿越建筑物。详细探讨了穿越过程的盾构掘进参数、土仓压力设定、B型管片注浆孔设置以及曲线段测量控制技术,研制了适合地层特点和盾构结构特点的同步注浆浆液及刀盘开挖轮廓与盾体外缘之间的间隙填充浆液。建筑物变形监测结果表明:隆起及沉降变形均在允许范围内,极大提高了盾构掘进工效。     

清华园隧道大直径泥水盾构始发控制掘进分析

清华园隧道某区间采用泥水盾构穿越粉质黏土及砂卵石地层,是全线典型质构法施工隧道.总结清华园隧道盾构始发的经验,对其掘进参数及反力架等工程构件布置进行研究,并采用有限元软件对反力架进行静强度分析计算.研究表明:(1)盾构机在粉质黏土及砂卵石地层中掘进时,反力架最大应力为270 MPa,最大静挠度为7.77 mm;(2)掘...     

砂卵石强透水地层泥水平衡盾构隧道开挖面极限支护压力研究

以兰州市轨道交通1号线穿河段泥水平衡盾构隧道为工程背景,针对砂卵石强透水地层盾构隧道开挖面稳定性问题,应用FLAC 3D建模分析渗流作用下隧道开挖面的极限支护压力。结果表明:隧道开挖后围岩渗流场发生改变,产生水压力差,造成地下水沿洞周渗出,孔隙水压力等值线呈漏斗状分布;渗流作用下开挖面极限支护压力为107 k Pa,岸堤经泥水盾构下穿后沉降量较小。最大沉降现场监测值与数值计算值误差为11.1%,表明计算模型合理,计算结果可靠。     

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。     

无水砂卵石地层土压平衡盾构掘进参数管理

无水砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,对盾构施工存在很大的不良影响,该地层对盾构机性能要求高,对盾构掘进参数管理要求严格。以北京地铁9号线3标盾构施工为背景,对盾构掘进中的主要参数如土压力、刀盘扭矩、注浆量等进行分析,在施工中对以上参数进行严格管理,保证盾构掘进的顺利进行。其成功经验对今后类似地层中的盾构施工有一定的指导意义。     

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.     

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。     

兰州地铁穿越黄河段盾构隧道施工注浆压力研究

兰州地铁穿越黄河段地层以卵石层为主,拟采用泥水平衡盾构法施工。通过注浆压力经验值的分析和比较,在注浆压力与隧道埋深处的地层应力持平情况下,采用太沙基法土压力计算模型计算出注浆压力,并对其注浆压力值进行参数敏感性分析,得出隧道在埋深不同时拱部和底部的注浆压力建议值,可供工程设计与施工参考。     

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。     

富水砂卵石地层盾构隧道微扰动施工关键技术

基于近年来富水砂卵石地层中盾构隧道工程遇到的典型问题,对开挖面平衡与盾构掘进、管片拼装、隧道上浮与隧道轴线控制、刀具检修以及风险源加固等方面进行研究。结果表明:螺旋排土—泥膜支护理念兼具泥水盾构开挖面稳定与土压盾构排土简便的特点,可实现保压掘进和微扰动施工控制;基于盾构掘进总推力分析,明确了盾壳摩阻力的影响及减摩措施,进而改善盾构掘进姿态、减少施工扰动;给出管片接缝螺栓拧紧力矩控制值,可有效减少接缝处管片碎裂、接缝张开和渗漏风险;大比重浆液在控制盾尾后方隧道上浮和隧道纵向稳定性方面具有显著作用,可综合考虑采用大比重浆液、增加隧道纵向刚度、隔断隧道纵向水流通道、严格控制切向分力等措施,确保成型隧道轴线与质量满足设计要求;衡盾泥可在开挖面形成"泥墙",并保持一定的稳定压力以满足刀具更换需要;工艺灵活、效果可控的钢管隔离桩技术可起到保护构筑物的作用。     

如何降低土压盾构掘进对无水砂卵石地层的扰动

在城市地铁工程的修建中,盾构法隧道施工技术以其独有的智能化、安全、快捷、地层适用性广等特点与优势,得到越来越多的推广和应用。虽然盾构法取得了斐然成绩,但此法施工不可避免引起地表沉降,尤其是在无水砂卵石地层中,土压平衡盾构掘进对地层的扰动更为明显。地表沉降过大,会影响盾构隧道的安全施工和建筑物的正常使用,甚至地表坍塌,会带来灾难性的后果,因此如何降低盾构掘进对无水砂卵石地层的扰动成为施工的重中之重。     

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。     

砂卵石地层盾构刀具磨损测试分析

结合砂卵石地层盾构区间工程掘进,对盾构施工时的刀具磨损情况进行了现场测试,计算出土压平衡盾构在砂卵石地层施工时各种刀具的磨损系数.运用统计回归分析,总结出砂卵石地层盾构刀具磨损与其掘削迹长的关系,推算出砂卵石地层盾构不换刀可掘进的最长距离,可为后续类似工程施工提供参考.     

富水砂卵石地层盾构施工沉降控制技术措施

依托兰州轨道交通1号线一期工程试验段盾构区间右线施工情况,对盾构施工期间的施工沉降控制进行探讨。施工中采用监控量测、回填注浆及地表注浆等技术措施,确保了盾构机在富水砂卵石地层中的顺利掘进,减少了地表及管线沉降,提高了隧道施工质量。