富水硬岩地层盾构管片上浮机理及控制对策

管片上浮引发的错台、开裂是盾构隧道施工过程中的典型问题。针对长沙地铁6 号线朝芙区间管片上浮严重的地段,分析了富水硬岩地层中管片上浮的机理,并采用数值模拟的方法探究了浆液凝固时间、浆液早期弹性模量及地下水位对管片上浮的影响,结合施工过程提出控制管片上浮的对策。研究结果表明:浆液的凝固时间对管片上浮影响最大,通过调整浆液的配比,让浆液在4~6h内凝固可有效控制管片上浮;浆液的早期弹性模量对于管片上浮也有很大影响,可根据实际情况选择性质较好的浆液,其中双液浆可在30s内速凝形成很高的弹性模量,可应用于上浮严重地段,抑制管片上浮;较低的地下水压力对抑制管片上浮较有利,在盾尾每10环施作止水环箍可有效形成止水隔离带,降低地下水的影响;控制同步注浆过程保证同步注浆的质量,其中注浆压力控制在设定范围内且不能超过设定值,将理论注浆量进行调整且增加管片上部注浆比例;控制盾构的掘进姿态从而减小管片受力不均引起的上浮,同时控制盾构掘进速度能够保证盾尾空隙被同步注浆浆液有效填充。     

强富水砂砾地层盾尾刷更换施工技术

盾构机在富水砂砾地层中连续长距离掘进时,一旦出现因尾刷失效导致盾尾漏浆漏水,将严重影响连续掘进进度和管片拼装成型质量及盾构施工安全,此时必须在隧道内更换盾尾刷.为保证隧道内更换盾尾刷的可行性、安全性、经济性,提出了采用管片壁后注浆快速固结土体技术应对强富水砂砾地层自稳性差、水压力大等问题的解决思路.尾刷更换前对盾尾15...     

盾尾同步注浆模拟试验研究

盾尾同步注浆区域位于盾构隧道管片壁后，由于其空间的封闭性，难以对浆液的扩散情况进行观测，从而导致目前同步注浆材料的分布特性尚不明确。为此，研发了一种盾尾同步注浆模拟装置，进行了盾尾同步注浆模拟试验研究，对同步注浆过程中的土体内部的压力变化与上部土体的沉降进行了研究。结果表明，注浆开始后出浆口移动轴线上方土体内部的压力在注浆压力的影响下逐渐增大，在出浆口远离后逐渐减小，与此同时轴线两侧的土体压力逐渐增大，产生了明显的土拱效应；注浆稳定后浆液的内部压力主要由上部荷载决定，与注浆阶段注浆压力的大小无直接关系；注浆过程中引发的地表沉降的大小主要由注浆压力决定，其次受到浆液性质的影响；凝固后的注浆体横向上在出浆口附近厚度较小，两侧较大，纵向上厚度分布较为均匀。     

盾构隧道壁后注浆压力分布模型

为探讨盾构隧道壁后注浆压力在环形盾尾空隙中的传递过程,用旋转粘度计对硬性浆液的流变特性和流变参数进行了测定.试验结果显示,硬性浆液属于宾汉姆流体,其塑性粘度为1~4 Pa.s,动切力介于10~40 Pa之间.用宾汉姆流体描述硬性浆液的流变特性,导出了其注入盾尾空隙过程中注浆压力的传递公式,并用Soph ia隧道的监测结果验证了注浆压力分布模型的合理性.     

双线盾构隧道施工沉降影响因素分析

盾构隧道施工引发的地层沉降一直是困扰工程界的难题。以北京地铁14号线方庄—十里河站区间双线隧道为背景,构建三维数值计算模型对先后线路隧道开挖和注浆过程进行分析。采用修正的剑桥模型计算地层土体,采用刚度迁移法模拟盾构掘进过程和同步注浆的施工过程。分析了壁后注浆压力、注浆量、浆液随时间固结硬化及先后掘进施工对地表变形的影响。结果表明:合理确定注浆量和注浆压力能够有效控制地表沉降,考虑浆液硬化的沉降计算结果要大于不考虑硬化因素的结果;在最优注浆压力和注浆量的条件下,用体积应变法模拟注浆并考虑浆液硬化的计算结果更与现场监测值非常吻合;后期线路施工不仅引起地层进一步沉降,还增大了先施工隧道的结构变形。     

软弱富水地层盾构掘进引起的地表变形控制

以苏州地铁5号线某区间盾构隧道为研究对象,以施工期间掘进参数及隧道地表实测监测数据为依据,分析盾构掘进工程中地质条件、土仓压力、推进速度等因素对地表变形的影响。结果分析表明:盾构掘进面前方一倍洞径处,地表易隆起,地表隆起量随着推进速度、土仓压力、同步注浆压力的增大而增大;随着盾构掘进,地层受施工扰动及水土损失影响,地层开始出现沉降,并不断增大,在距离盾尾两倍洞径位置附近趋于稳定。文中针对盾构在富水砂层、粉土、粉质粘土段掘进存在的问题,提出了地表变形控制措施。     

地铁盾构高性能同步注浆材料的应用研究

盾构法隧道施工是隧道建设中常见的施工方法。为防止盾构过程中出现地表沉降及管片偏移等结构稳定性问题,必须通过壁后同步注浆施工填充空隙,确保隧道周围的岩体及时获得支撑,以控制地表变形,保证管片的均匀受力与结构稳定性。盾构工程对同步注浆材料有不同的技术要求,而现行的注浆材料依然存在着各种适用性问题,主要对地铁盾构施工中高性能同步注浆材料的配合比进行研究。     

地铁区间隧道穿越粉细砂地层土压平衡盾构施工技术

石家庄市城市轨道交通1号线体育场站~北宋站区间隧道穿越粉细砂地层,施工采用土压平衡盾构掘进技术,对始发洞口进行了双管旋喷桩加固,掘进过程中优化了盾构推进速度、土仓压力、出土量、推力及注浆压力等主要技术参数,保证了施工安全,区间隧道顺利贯通;采用同步注浆和二次注浆措施及优化的掘进施工参数控制了掌子面的稳定和地表沉降。工程实践证明土压平衡盾构也适用于粉细砂地层的区间隧道施工。     

土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用

为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构...     

盾构隧道壁后注浆浆液毛细管渗透扩散模型

为探讨盾尾注浆扩散半径及管片所受注浆压力的计算方法,将浆液的扩散过程简化为其在土体中大量孔径不均匀的毛细管中的渗流运动,建立了浆液渗透扩散力学模型.基于柱面扩散理论,假定浆液为宾汉姆流体,引入等效孔隙率替代土体初始孔隙率,通过模拟浆液在单个毛细管中的渗透过程,得到了考虑浆液时效性的浆液扩散半径和管片所受浆液总压力的计算式.结合具体实例,讨论了浆液扩散半径、注浆对管片产生的压力与注浆压力和注浆时间的关系.分析结果表明:其他注浆参数相同时,在不同注浆压力和不同注浆时间条件下,浆液对管片产生的压力的增长速率均大于浆液扩散半径的增长速率;当盾尾建筑间隙影响厚度和土体等效孔隙率不变时,浆液流动锋面上毛细管总面积与浆液扩散半径成正比.      

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律.研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧...     

土压平衡盾构隧道引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题。以广州地铁3号线某盾构区间隧道为研究对象,运用三维有限差分法对盾构施工过程中影响地面沉降的因素——土舱压力、盾尾注浆压力和地层损失率进行较为系统的研究,可得出结论：影响盾构隧道地表沉降最大的因素为地层损失和注浆压力,增大土舱压力对降低隧道地表沉降的作用非常有限。     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

盾构法施工在过江隧道中的风险及应对措施

以南京长江隧道工程为例,系统全面的分析了盾构法施工在过江隧道中的各类风险,探讨了盾构进出工作井施工风险、盾构穿越江中段风险、超大盾构工作面失稳风险、管片密封事故风险、施工中地层移动风险、盾尾冻结法施工风险等发生后将导致的后果以及引发该风险的原因,提出了相应的风险应对措施,为类似的盾构法施工的风险评估和安全管理提供经验和技术上的参考,降低了施工风险。     

超大直径盾构试掘进施工关键技术研究

试掘进施工是泥水盾构施工的一项关键技术,该文以南京长江隧道Φ14.93 m 泥水盾构施工为背景,对试掘进的工作内容和主要目的进行介绍,并结合距离始发井 75 m 的一处池塘的原位试验,对盾构施工引起的地表沉降变化规律和泥水压力的取值进行了研究。     

Back-analysis of the response of shield tunneling by 3D finite element method

This paper presents a numerical back-analysis of the response of a shield tunnel during construction. An important issue in the construction of shallow tunnels, especially in soft ground conditions, is the surface settlement caused by shield tunneling. The tunnel test system with 10 m length, 7 m width and 6.7 m height, which was completed in China in 2009, is a research shield tunnel system. Using shield tunneling technique known as earth pressure balance (EPB) and slurry shield method, it could be excavated in a region consisting of original soft soils, such as silty clay, and different types of underlain soft soils. Based on the test results, the real-life tunnel response can be analyzed by back-analysis technique. The back-analysis technique is adapted to the three-dimensional finite element method (FEM). Parameter analyses are calibrated to study the behavior of the multi-scale diameter tunnel under various conditions. The suggested multi-scale model results show a well agreement between the prediction and the measurement.     

基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析

当盾构隧道位于水位线以下时,为了分析壁后注浆浆液驱动地下水体过程,基于毛细管组渗透理论,将浆液的渗流路径概化为毛细管,考虑牛顿流体浆液驱动地下水(牛顿流体)进行扩散,推导了半球形及柱形模型浆液渗流扩散半径计算式,并讨论了注浆压力、浆液水灰比、地层渗透系数的影响.研究结果表明:浆液扩散半径主要与注浆压力、渗透率、注浆时间...