穿越湘江水下岩溶发育区地铁盾构选型研究与应用

长沙地铁3号线越江隧道穿越湘江岩溶发育区,盾构施工风险高。针对沿线砾岩夹泥质砂岩复合地层、断裂破碎带和复杂岩溶地层等特殊地质条件,考虑水下高水压等因素影响,对地铁盾构选型进行研究。考虑不同施工风险,对盾构各关键部分进行设计与改进;对岩溶地层进行注浆预加固处理,分析泥水盾构对穿越复杂岩溶地层的适应性。采用改进的泥水盾构成功穿越湘江水下岩溶发育区,掘进效果良好,表明泥水盾构选型对穿越湘江水下岩溶发育区隧道的施工环境是合理且适应的。     

盾构隧道穿越江底溶洞发育区若干关键技术探析

地铁盾构区间穿越江底岩溶发育区在全国尚属首例,难度极大。以长沙地铁3号线为工程依托,总结盾构区间穿越湘江下方溶洞群的关键技术。湘江西河汊320m范围内串珠状溶洞集中发育,岩溶水与湘江存在水力联系,盾构施工易引起溶洞坍塌、涌水、机器陷落等突发状况,风险较大,通过工程分析、类比和归纳等方法,提出江底岩溶区盾构工程的风险和重难点,并对溶洞专项勘查、加固方案、注浆参数,特别是串珠状溶洞加固措施以及加固检测标准等进行详细阐述,并结合类似工程实践经验对以上关键技术提出设计施工原则和相关建议。     

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。     

武汉地铁首条过汉江隧道若干关键技术问题

研究目的:武汉地铁3号线王家湾站～宗关站越江隧道是武汉地铁首条过汉江的隧道,过江两岸工程地质差异性大,汉口段为富水砂层,汉阳段为老黏土、石英砂岩、灰岩(溶洞)等,同时周边紧邻江汉二桥和下穿多层老旧建筑,隧道设计工法选择难度大;江中段为富含蒙脱土的泥岩,盾构强结泥饼,对盾构选型和盾构施工要求高。针对本项目的特点,经过理论研究和现场施工问题研究,本文总结过汉江隧道的总体设计、盾构施工等方面的关键技术。研究结论:(1) 3号线越江隧道长约2.3 km,采用双洞单线隧道+1座区间风井方案,满足行车通风排烟要求;(2)越江隧道汉阳、江底和汉口各段地层差异性较大,因地制宜选用矿山法和盾构法组合方案,包含平纵断面设置、盾构选型、盾构空推、盾构始发接收等关键技术的运用;(3)本工程在具体实施过程中,遇到富含蒙脱土的泥岩强结泥饼难题,探索出了相关盾构施工处理措施;(4)本研究成果可供类似复杂地层的越江隧道设计和施工参考及借鉴。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

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。     

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。     

地铁叠线隧道盾构掘进对地表沉降影响研究

研究目的:地铁叠线隧道由于掘进过程中上下线相互影响且大部分埋深较浅,其对地层的扰动相比常规隧道更为剧烈。本文以佛山地铁3号线某区间叠线隧道为工程背景,利用数值模拟软件建立有限元模型,研究叠线隧道掘进过程中横剖面上土体移动规律以及地表沉降规律,并探讨掘进面压力以及注浆压力对地表沉降的影响,从而为现场选择合理的地铁叠线隧道盾构掘进施工参数提供理论依据。研究结论:(1)叠线隧道掘进引起的地表沉降具有叠加效应;(2)上线隧道掘进时会引起下线隧道的上浮;(3)浆液处于软化阶段时,地表沉降会急剧增大,从注浆到浆液硬化,这一过程对地表沉降的贡献约40%;(4)增大盾构机掘进面压力以及注浆压力可以有效减小地表沉降,但当注浆压力大于200 k Pa时其作用不再明显;(5)本研究结论可为叠线隧道盾构施工时控制地表沉降提供理论指导。     

直控式泥水盾构 江底浅埋段施工技术

南宁地铁 3 号线青市区间越江隧道工程,盾构机在泥岩地层施工中存在刀盘结饼、渣土滞排等技术难题, 不仅降低盾构施工效率,更因渣土滞排导致江底段施工时易出现隧顶覆土击穿、盾尾密封失效等施工风险。通 过施工前对盾构机选型,针对泥岩地层段施工技术难题,对盾构机进行针对性设计、改造,在施工中控制及优 化掘进参数等,已有效缓解泥水盾构泥岩地层施工中刀盘结饼、渣土滞排等技术难题,提高泥水盾构泥岩地层 的施工效率,降低江底段泥水盾构的施工风险,对类似工程特别是泥水盾构江底浅埋段泥岩地层施工具有一定 的参考价值。     

复杂地质海底隧道设计

研究目的:台山核电海底隧道工程是我国首条盾构海底隧道,隧道外径9 m,穿越中风化岩层、软土、砂层及土石交界面,地质条件复杂且位于海底。主要工程特点:大直径、长距离、复杂地质条件下盾构施工。存在难点包括:隧道工法选择、纵断面设计、结构设计、盾构选型及刀盘设计、盾构穿越土石分界及孤石群处理方案。通过理论分析研究和工程类比,确定安全合理设计方案。研究结论:(1)本工程海底隧道设计采用复合式泥水平衡盾构,钻爆法结合盾构法施工,通用管片+二次衬砌的复合式衬砌模式,能有效解决复合地层长距离水下掘进难题;(2)复合式盾构刀盘设计、水下孤石爆破处理能有效地解决盾构在土石交界面掘进高风险、低效率的难题;(3)通过实践证明本工程设计能有效地解决海底隧道相关技术难点,施工风险得到有效控制,可为今后同类工程及海峡隧道研究建设提供借鉴。     

15号线盾构隧道穿越13号既有线车站 安全控制关键技术研究

北京地铁15号线一期西段工程在关庄至望京西站区间采用盾构隧道的施工方法，穿越地铁13号线运营线路。从工程安全风险管理的角度出发，在风险识别和分析的基础上，对盾构穿越既有线过程中安全控制的关键技术进行研究，系统提出地下掘进参数控制、跟踪注浆以及地面加固保护方法，有针对性地提出保护地铁运营线路安全的方法和措施，并在15号线工程设计和施工中具体应用。盾构穿越既有线的研究成果可为类似工程提供技术依据和参考。     

岩溶区不同围岩加固方案下盾构隧道列车振动荷载响应研究

目的：研究岩溶区土岩复合地层中不同围岩加固方案下，地铁盾构隧道在列车运行荷载作用下的动力响应，以评估不同围岩加固的可靠性。方法：基于岩溶专项勘察成果和有限元分析方法，依托岩溶区昆明地铁4号线联大街站—吴家营站区间盾构隧道，建立相应岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的有限元模型，分析隧道运营100年后的累计沉降。结果及结论：各围岩加固方案均可减少列车动力荷载作用下地铁盾构隧道的位移、应力和加速度，其中采用洞外围岩全断面注浆加固方案的效果最好；采用隧道两侧注浆加固围岩时，隧道运营100年后的沉降不满足不均匀沉降要求；为保证岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的安全运营，应选择在地铁盾构隧道外侧全断面注浆加固隧道围岩。     

水下砂卵石地层盾构隧道越江段注浆压力研究

近年来,江(海)底盾构隧道建设日益增多,对于水下段而言,由于地层渗透性强、埋深浅等因素影响,盾尾同步注浆压力的合理控制显得尤其重要,而探明盾构隧道在施工过程中孔隙水压力的分布对工程实践意义重大。本文依托常德沅江过江隧道工程,结合工程现场地形、地质、气候以及水文条件,采用FLAC^3D有限元分析软件对盾构施工扰动下的地层孔隙水压力分布进行系统分析。研究结果表明:(1)综合考虑各种因素确定渗流场中削减边界为20 m,即模型构建时沿开挖方向前后多取20 m长度,可使模拟结果更能真实反映越江隧道围岩各处孔隙水压力的变化规律;(2)盾构隧道掘进过程中,拱顶、拱底和左右拱腰处的动水压随掘进距离的变化趋势大致相同,拱底动水压量值最大,左右拱腰次之,拱顶最小,并根据区间动水压力变化规律给出满足岸边段和水下段要求的注浆压力。     

超短盾构区间在富水砂卵石地层穿越河流及大桥处理施工技术

以成都地铁5号线洞子口站～福宁路站区间盾构隧道工程为背景,介绍盾构隧道在下穿河流及桥梁过程中地形、地质、周边环境等制约因素,并对本工程存在的施工风险进行分析,针对性制定了盾构穿越施工技术措施。盾构通过前对河底采用钢筋混凝土抗压板并进行锚索张拉固定,桥基采用袖阀管注浆加固,靠近沙河端头采用咬合桩隔水并进行袖阀管注浆加固,盾构通过时严控掘进参数并加强渣改良以减少对周边土体扰动和损失,盾构通过后采用洞内外注浆加固的措施减小施工风险,通过以上系列措施降低了盾构施工安全风险,安全顺利地通过沙河及大桥,保证了施工工期,可为类似工程提供借鉴。     

盾构过全断面浅埋淤泥地层施工技术

从掘进控制、姿态控制、注浆控制三方面,介绍了福州地铁1号线03标斗门站~树兜站盾构区间在全断面淤泥质层中掘进的关键技术。该技术不仅全面阐述了如何应对盾构在全断面浅埋淤泥质层中掘进可能带来的诸多问题及风险,更节约成本,提高了成型隧道质量。     

新方斗山隧道岩溶发育特征及铁路选线研究

研究目的:新方斗山隧道穿越川东隔挡式褶皱,受地层岩性组合、构造、地形地貌控制,形成独特的岩溶地貌景观和岩溶水循环模式,隧道施工涌突水风险高,对地表环境影响大。通过对方斗山岩溶发育特征研究,选择合理线路穿越位置,以期达到有效降低隧道施工风险和对环境影响的目的。研究结论:(1)方斗山背斜岩溶发育深度一般在150～200 m之间,但是在接触带岩溶发育深度较深;(2)方斗山断层属压性断裂,断层倾角陡,两盘强烈挤压,岩溶不发育;(3)北西翼地下水排泄量大,富水性好;南东翼岩溶发育程度相对较弱、发育深度浅,富水性相对较差;(4)方案选择宜靠近既有隧道,利用降落漏斗,一方面可以降低岩溶水风险,另一方面可以减小地表水疏干范围,降低对环境影响;(5)方斗山背斜属川东平行岭谷区典型隔挡式褶皱,本研究成果对川东隔挡式背斜岩溶区隧道勘察及地质选线具有指导意义。     

圆砾泥岩复合地层盾构掘进控制技术探讨

结合南宁地铁1号线火朝区间和朝新区间盾构隧道施工情况,对圆砾泥岩复合地层中土压平衡盾构掘进施工控制技术进行探讨。明确在此类地层中盾构掘进施工面临的问题,包括盾构掘进功效不佳、掘进面稳定性难以控制和施工对地表沉降及周边环境影响大,继而从掘进参数优化、渣土改良优化、壁后注浆优化、建筑物保护等方面提出土压平衡盾构穿越圆砾泥岩复合地层的成套掘进施工控制技术。     

大粒径漂石地层盾构机刀盘及刀具选型研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间盾构工程穿越永定河引水渠、玉渊潭公园东湖及北小湖;盾构隧道穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和湖底富水卵漂石⑦层,该种地层在国内外盾构隧道施工中均无类似工程实例,盾构机选型对于该工程至关重要,尤其是盾构刀盘选型和刀具配置更是重中之重。通过总结和分析盾构在两类地层结构中掘进的施工数据,为盾构今后穿越类似地层积累宝贵的经验。     

长距离硬岩地层的盾构隧道施工技术

深圳地铁3号线3102标段翠竹站-田贝站隧道左线所处地层以硬岩为主,区间以盾构法施工为主,矿山法施工为辅。在总结翠田左线施工经验的同时对盾构长距离穿越硬岩地层的施工方法和经验进行介绍,通过合理的配置刀盘刀具,以适宜的掘进模式选择合理的掘进参数及同步注浆参数,同时加强对刀具的管理,可以很好地解决盾构在长距离硬岩段遇到的技术难题。     

盾构隧道下穿运营地铁的沉降分析与控制

杭州至海宁城际铁路余杭高铁站～许村镇站区间盾构隧道下穿杭州运营地铁1号线区间隧道,竖向净距仅3.2m。需要研究合理控制盾构掘进地层损失率,保障地铁运营区间隧道的沉降值在安全允许范围内。为此利用FLAC3D三维有限元软件计算分析了盾构隧道施工对运营地铁区间的沉降影响。研究结果表明沉降量与地层损失率密切相关,严格控制施工过程中的地层损失率在5‰以内,可减小对已运营地铁隧道变形的影响。施工监测数据结果表明,沉降分析及控制要求是安全合理的。