盾构参数对复合地层损失率和地表沉降的影响

为研究土压平衡式盾构机穿越复合地层过程中,不同盾构掘进参数对地表沉降值和地层损失率的影响,依托湖南商学院站至白鸽咀站区间盾构工程已有的施工沉降监测数据,利用Peck公式反推得到盾构施工在此类地层条件下的地层损失率,并通过三维有限元数值模拟分析了盾构各参数对地表沉降值和地层损失率的影响程度.研究结果表明:在掘进推力增大时...     

复合地层大直径盾构选型与掘进技术研究

盾构施工将不可避免遇到完整基岩地层、软硬不均地层或孤石地层,由于不同地层盾构施工的差异性,盾构机的选型和制造应考虑复合地层的特殊性,盾构掘进过程中也应提出有针对性的措施。结合实际工程,针对大直径复合地层盾构施工特点,进行了盾构选型与掘进技术相关措施的研究和分析,引入了土压—泥水双模式混合盾构机应用的理念,对盾构刀盘设计、常压换刀技术、破碎机配置和超前地质预报这几个复合地层盾构机制造的核心技术问题提出了相关要求,并对软硬不均地层和孤石地层两大复合地层盾构掘进难题提出了针对性的解决措施。文中所述的复合地层大直径盾构机选型和掘进技术方案已在实际工程中成功应用,可对类似工程提供指导。     

基于灰色理论的砂卵石地层盾构施工参数控制对地表沉降影响分析

为了揭示地面沉降对不同盾构施工参数的敏感性,以成都地铁17号线来凤路站—凤溪站盾构区间隧道为例,采用灰色理论对总推力、刀盘扭矩、同步注浆压力等9项控制参数的实测数据进行分析.研究结果表明:地面沉降对盾构施工参数敏感性最主要的3个因素依次为推进速度、注浆压力(注浆量)和螺旋机转速;在成都地区富水砂卵石地层中进行盾构施工时,盾构总推力控制范围为19000～41000 kN,刀盘扭矩控制范围为8000～23000 kN·m,同步注浆压力为1～3 bar;灰色理论模型能客观、准确地反映富水砂卵石地层盾构施工参数控制与地面沉降之间的关系.     

复合地层盾构掘进隧道地表沉降及支护受力分析

以海岛复合地层为典型代表,盾构穿越较节理发育的全风化花岗片麻岩时,地表以及地层变形难以控制,其施工安全性是需重点解决的问题之一。以厦门地铁一号线董任站~集美中心站盾构区间隧道为工程背景,对盾构穿越的典型节理复合地层盾构开挖进行数值模拟,探明了复合地层盾构施工地表沉降和支护结构力学行为特征的规律,从而为保证复合地层盾构施工安全提供指导。     

基于协同学的双模盾构TBM-EPB施工复合系统协同性评价模型研究

以深圳地铁13号线双模盾构施工问题分析为基础,引入协同学理论,建立双模盾构施工子系统协同的序参量方程,应用熵权法计算各序参量的权重值,寻找影响双模盾构施工体系效率和效益提高的主导因素,构建双模盾构施工复合系统协同模型,并应用协同度对此模型进行评价。结果表明：双模盾构施工过程中,盾构机子系统、围岩子系统与环境子系统之间未出现不协同的情况,这说明双模盾构施工技术与深圳地区的复合地层具有较强的适应性。但是由于EPB模式段地层较软弱,围岩变形与地表沉降较大,协调度相对于TBM模式段较低。应用协同学理论,建立双模盾构施工复合系统协同评价模型,可得出某一区间段盾构机、围岩与周围环境之间协同水平的综合测度,为施工过程相互作用状况的空间比较和发展趋势提供参考。     

漂石地层土压平衡盾构掘进速度模型研究

目前针对漂石地层土压平衡盾构的掘进速度模型研究比较少。借助成都地铁某区间盾构隧道工程,根据现场施工实测数据,利用统计分析、模型回归等方法分析了参数间的相关性,并依据掘进速度与其他参数间的关系建立了成都漂石地层中的掘进速度模型。研究结果表明:在成都漂石地层中,影响掘进速度最大的因素依次是贯入度、刀盘转速;掘进速度和刀盘转速、贯入度、螺旋机转速成正比,与总推力、土仓压力正反比;掘进速度与扭矩不是简单的线性关系,扭矩在一定范围时,掘进速度缓慢增加,当扭矩大于一定值后,掘进速度随着扭矩的增大而减小。这些关系对漂石地层土压平衡盾构的参数选择和匹配有重要的指导意义,所建立的模型可为盾构掘进参数的优化、预测和控制提供依据。     

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。     

富水卵漂石地层土压平衡盾构施工参数研究

针对富水卵漂石地层土压平衡盾构(EPBS)施工出土控制困难、掘进效率低问题,依托成都地铁某盾构隧道区间的现场实验段,对富水卵漂石地层中土压平衡盾构的实测关键施工参数进行了统计分析,并探索了与地层相适应的掘进参数以及提高掘进效率的途径。研究参数包括:出土量、土舱压力、贯入度、掘进速度等,研究结果表明:虽然富水卵漂石地层中的土压平衡盾构掘进易超出土,但通过适当减少土舱压力和增大贯入度能够减少超出土量,盾构法适用于该地层;改善地层可掘削性能和适当降低土舱压力是提高掘进速度有效方法,而增大总推力可能导致掘进速度下降。     

盾构通过基岩凸起地段综合施工技术

在花岗片麻岩复合地层施工中,由于存在孤石或基岩凸起,对盾构施工造成很大的困难和风险。结合广州地铁21号线中新站至中间风井盾构区间实例,介绍了土压平衡盾构机在片麻岩复合地层施工中的应用技术,遇到基岩凸起、"上软下硬"情况,采用地面爆破施工,通过对爆破时药包设计、安装及布孔方式、爆破安全距离的控制,对基岩进行预处理,爆破后检测处理效果并通过地面注浆固结裂隙。盾构机掘进时,在不同路段,通过控制盾构机的掘进参数,顺利完成盾构区间掘进任务,减少盾构开仓风险。     

花岗岩地层中盾构掘进效率影响因素研究

为了定量对比盾构掘进花岗岩地层时的掘进效率,提出一种表征掘进效率的特征参数,并依托深圳市城市轨道交通8号线一期工程进行掘进试验和地层参数现场量测,分析了各影响因素和掘进效率的相关性,提出了针对不同地层的掘进效率控制措施.研究结果表明:岩石的单轴抗压强度和岩体的完整性系数均与掘进效率负相关,可用幂函数近似表达地层参数和掘进效率之间的经验关系;可用反比例函数近似表达掘进效率与总推力之间的经验关系,总推力对掘进效率的影响程度随地层坚硬程度的升高而降低;低推力高转速的掘进参数组合在微风化地层中效率较高,中等风化地层中总推力、刀盘转速分别为14000±1000 kN、1.6±0.1 rpm时掘进效率较高,可以通过牺牲掘进效率的方法来在该掘进速率水平上短期内提高掘进速率.     

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.     

软硬不均地层盾构施工泡沫剂使用分析

以南京地铁三号线秣周路站～明挖岔线段盾构区间施工为背景,当盾构处于软硬不均淤泥质地层中时,通过分析泡沫剂的比例、推进速度、刀盘扭矩、油缸总推力、土仓压力等重要参数的变化趋势,摸索总结出不同地质条件下与之相适应的泡沫剂使用变化规律,最大程度地保证盾构的正常推进。     

大直径泥水盾构复合地层速凝浆液的同步注入技术

在大直径泥水盾构施工中,由于大断面隧道所承受的浮力大和泥水对浆液的稀释及通过富水复合地层等不利条件,同步注浆效果大受影响.本文结合正在施工的盾构隧道施工情况进行研究分析,通过对盾构原有注浆设备和管路优化改造,由传统的同步注入单液水泥砂浆改造为同步注入复合浆液,达到了同步注入速凝浆液的目的,并通过在施工中加强过程控制和采取辅助措施,解决了因同步注浆效果差造成的管片上浮及开裂等技术难题,取得了很好的效果.     

地铁盾构隧道施工对地层变形影响的三维数值模拟

以南京地铁玄武门—新模范马路区间隧道盾构施工工程为背景,使用FLAC3D软件在考虑盾构隧道施工中的开挖、排土、衬砌等步序的前提下,进行盾构隧道掘进施工对地层变形影响的三维数值模拟.结果表明,在盾构掘进施工过程中,地层沉降具有明显的时间效应;地表沉降量随之逐渐增大;地层横向沉降变形随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小;地层沉降历时曲线呈现出反"S"形.     

大直径泥水盾构施工引起的地表沉降规律研究

对大直径泥水平衡盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降进行分析研究。通过对隧道横向沉降影响区、纵向沉降、不同时段沉降等的分析研究,得出大直径泥水盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降规律。卵石层中、软土层中,大直径泥水盾构施工引起的地表沉降在横断面方向基本上均呈正态分布,但砂卵石地层中的主沉降区范围较软土地层中的要小,且沉降值较软土中的也小;在盾构通过、盾尾通过两阶段地表沉降量比较大,软土地层中工后沉降较明显。     

盾构隧道施工对富水软弱地层的扰动分析

为研究盾构隧道施工对富水软弱底层的扰动影响,以大连地铁某标段盾构隧道施工为例,首先基于修正剑桥模型建立土体本构关系,利用Shell结构单元模拟盾构初衬;然后采用流固耦合方法研究土体固结过程对盾构开挖引起软弱地层扰动问题;最后根据仿真结果与现场实测数据,绘制地表沉降对比分析曲线,给出盾构施工引起地表沉降的动态变化趋势.结果表明：孔隙水在盾构开挖完成后仍持续向隧道方向渗透,并引起距隧道较近区域的扰动趋势大于周围较远区域.本研究对提高富水软弱地层条件下盾构施工过程建模的准确性和实效性、指导盾构施工具有指导作用.     

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

大型盾构浅埋富水地层到达施工关键技术

基于印尼雅万高铁项目1号隧洞盾构施工,对大直径盾构浅埋富水地层到达技术开展研究,重点通过控制端头地层及洞门加固密封质量和掘进参数,盾构在富水浅埋地层中管片抗浮、姿态调整及注浆等技术环节,提高盾构到达段掘进施工质量、保证盾构到达出洞安全。实际施工效果良好。     

盾构施工引起的地层变形分析

针对地铁盾构施工的地层变形特征,分析引起地层变形的因素和变形机理,介绍地层变形预测分析方法,结合广州地铁具体实例,对地铁盾构隧道施工中地层变形进行了预测和分析,提出了盾构前方的隆陷控制、盾构通过时的沉降、固结沉降的控制等控制地层变形措施。     

新建桥梁近接地铁盾构隧道桥桩承载力验算方法

新建桥梁在设计之初应考虑后期地铁盾构施工的影响,进行承载力验算和设计桩长修正。基于地表横向沉降槽的研究理论,提出了桥梁与地铁盾构隧道近接时桥桩承载力验算简化模型,给出了桥桩周围地层竖向变形影响的下限深度和中性点深度计算方法,并结合现行规范给出桥桩承载力验算标准和计算方法。