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.     

富水砂卵石地层大直径泥水盾构带压换刀技术

根据富水砂卵石地层盾构掘进的特点,针对性地采取高浓度泥浆全方位封堵等措施,实现在富水砂卵石地层中对刀盘舱的气密性控制,为安全带压进舱作业提供条件,突破地表环境条件对换刀地点的限制,可为盾构长距离快速掘进提供安全和技术保障。     

基于盾构工程特征的砂卵石 地层分类方法

针对砂卵石地层盾构长距离高效掘进困难的弊端,在总结盾构掘进常见工程问题的基础上,提出粒径大 小、细粒含量、水压高低以及磨蚀性能是制约盾构高效掘进的地层特征因素,分析各因素的特征指标、指标确定 方法及指标量化区间,并根据指标量化区间划分出砂卵石地层类别。基于不同的地层类别匹配合理的盾构方案, 通过组合指标下的砂卵石地层盾构实例,验证地层分类方法的适用性。研究结果表明：根据颗粒最大粒径 dmax 与 螺旋输送机最大输排能力 dp,可将砂卵石地层分为可输排及不可输排地层;根据细粒透镜层同区间总地层的占比 λ,可将砂卵石地层分为高黏性低渗透及低黏性高渗透地层;根据地下水位高度 hw及界限水位高度 h0,可将砂卵 石地层分为高水位及低水位地层;根据等效石英含量 Qe,可将砂卵石地层分为高磨蚀性及低磨蚀性地层。提出 的分类方法可为砂卵石地层盾构设计与施工提供理论指导和技术支持。     

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.     

砂卵石地层泥水盾构泥浆配制及渗透试验研究

研究目的:本文以北京地下直径线盾构隧道为工程背景,针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构泥浆的配制及成膜问题,采用室内试验研究泥浆特性的影响因素,从泥浆渗流量、孔隙水压力、泥膜抗渗性及渗透距离方面对试验泥浆的作用效果进行分析和评价。研究结论:(1)泥浆添加剂宜采用聚丙烯酰胺、正电胶干粉和羧甲基纤维素钠的组合形式;(2)配制的红色改性钠膨润土泥浆,对开挖面的稳定和渣土运输方面的作用效果显著,但泥浆形成泥膜的时间并不明显;(3)华北油田Ⅲ型泥浆能够快速地封堵地层的孔隙,降低水的滤失,所形成的泥膜抗渗性较好,是北京砂卵石地层泥水盾构最理想的泥浆类型;(4)本研究结果可对类似的砂卵石地层泥水盾构工程施工提供一定的参考及借鉴。     

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。     

砂卵石地层泥水平衡盾构隧道掘进参数控制

砂卵石地层具有地层结构松散、孔隙率大、整体强度低等特点,在此地层中进行盾构施工,合理设置掘进参数至关重要。以兰州地铁1号线迎门滩—马滩区间隧道砂卵石地层泥水平衡盾构施工为依托,研究了砂卵石地层泥水平衡盾构掘进参数。现场监测结果表明,加大盾构总推力能够适当提高掘进速度,而加快刀盘转速却不能达到这一效果。采用FLAC 3D有限元软件数值模拟了不同支护压力和注浆压力下盾构隧道掘进过程。结果表明:掌子面支护压力应与掌子面土压力相匹配,同步注浆压力应与掌子面原位应力基本一致或略高。     

砂卵石地层撕裂刀布置对刮刀磨损的影响研究

研究目的:砂卵石地层空间分布不均、磨蚀性强,盾构在该类地层中开挖时经常出现掘进效率低、刀具磨损严重的情况,为实现砂卵石地层盾构安全高效掘进,开展撕裂刀布置对刮刀的磨损影响研究.本文以北京新机场线"磁一"区间工程为背景,根据区间砂卵石地层分布特征及刀具磨损的保护需要,对撕裂刀及刮刀进行分区、分层布置设计,提出三种组合布置...     

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。     

土压平衡盾构穿越透水砾砂层渣土改良试验研究

土压平衡盾构在透水砂性地层掘进时,通常会出现不同程度的渣土喷涌问题,严重时可能威胁盾构隧道管片衬砌结构的安全。针对土压平衡盾构穿越深圳地铁7号线大沙河段透水砾砂层掘进施工,采用钠基膨润土与CMC作为渣土改良基材,开展透水砂层土压平衡盾构掘进渣土改良室内试验,揭示了改良剂浓度、掺量及不同组合对渣土改良效果的影响规律,并据此提出具有针对性的配比方案。研究结果表明:钠基膨润土泥浆对饱和砾砂改良效果显著,膨润土泥浆与CMC混合使用可以进一步降低改良土体的渗透系数,提升土体改良效果;结合工程实际给出膨润土泥浆浓度为11%、膨润土浆液与渣土体积比为1∶4的改良方案,通过对改良后渣土状态、盾构施工参数及地表沉降控制效果的综合分析,验证所提渣土改良方案的可行性。