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。     

土压力研究现状及应用展望

研究目的:通过阅读大量的国内外文献资料,从理论研究和试验研究两个方面对刚性挡土墙和柔性挡土墙土压力计算方法所取得的进展进行论述.研究结论:刚性挡土墙的土压力大小及其分布与挡土墙的变位方式、墙面的摩擦特性以及土体变形特性等因素有关;柔性挡土墙的土压力呈非三角形分布,土压力大小及其分布与土体是否达到极限平衡状态、土体位移、蠕变、施工过程、基坑挖深等因素相关;有限元法在土压力的计算中占据着举足轻重的地位,它可以模拟施工过程,将土压力的计算与时间、位移非线性影响有效联系在一起,适合解决非均质材料、复杂边界、各项异性等非线性问题,接触单元的出现使有限元模拟更符合实际.     

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.     

挡土墙填充缓冲层前后土压力变化规律试验研究

通过挡土墙模型试验,在挡土墙面填充缓冲层,并分别测定挡土墙填充缓冲层前后的静止土压力和主动土压力,研究挡土墙填充缓冲层前后土压力变化规律及不同EPS土工泡沫缓冲层厚度对土压力的影响。试验结果表明:设置EPS土工泡沫缓冲层可有效降低墙后填土的土压力;缓冲层越厚,侧向土压力减小越明显;设置缓冲层后土压力随墙身位移变化规律与无缓冲层时相同。     

对拉式挡土墙受力特性试验研究

揭示对拉式挡土墙土压力分布规律可以更好地推广应用该类挡土墙结构形式。为此,设计了室内模型,埋设土压力盒、锚索测力计等监测仪器,研究填土过程中对拉式挡土墙基底土压力、侧向土压力、锚索拉力的变化规律,及预应力和锚杆失效对侧向土压力的影响。试验结果表明:随着填土增高,挡墙有外倾趋势,使得基底外侧压力较内侧大;锚杆拉力随着顶部荷载的增加而增大;侧向土压力呈抛物线型分布;对锚杆施加预应力能够提高挡土墙的承载力。     

悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验研究

采用离心场基坑开挖设备进行了粉质黏土悬臂支挡基坑开挖的离心模型试验,并根据试验结果分析了粉质黏土基坑变形规律和悬臂支挡结构土压力特性.结果表明:开挖过程中悬臂挡墙会朝坑内偏转,并伴随一定的挠曲变形;基坑变形依赖于挡墙的变形模式和大小,随挡墙位移增长,具有明显的阶段性;墙后土体位移随深度增加而减小,同一深度上随距挡墙距离...     

砂卵石地层盾构开挖面极限支护压力计算模型研究

以成都地铁1、2号线为背景,在分析砂卵石地层盾构施工开挖面破坏模式基础上,提出使用梯形楔形体模型计算开挖面极限支护压力;对开挖面极限支护压力计算公式进行重新推导,推导过程中考虑滑动块侧面三角形和滑动块顶部与外部土体相互作用力.通过颗粒离散元数值计算,在三维空间修正太沙基松动土压力计算公式;结合开挖面稳定性数值计算成果,分析计算模型中主要参数的选取;提出适用于砂卵石地层的修正梯形楔形体模型极限支护压力公式;对计算公式进行对比分析和验证分析.     

南昆铁路支挡结构主动土压力分布图式

土压力分布是支挡工程设计的重要问题。根据南昆铁路6处支挡结构的土压力实测资料，在理论模式的基础上，修正提出土压力分布的如下抛物线图式：Px=a[(y-y^a)／(A01)]^b。进而推导了土压力最大值点，水平土压力合力及其作用点的公式。分析南昆铁路支挡结构土压力分布的拟合图式表明，与库仑主动土压力相比，挡土墙、土钉墙与之相近，桩和锚拉式桩板墙约大1．3～1．5倍：合力作用点，挡土墙、锚拉式桩板墙约为2／5墙高，土钉墙、锚拉桩约为1／2墙高。据此得出南昆铁路土压力分布的简化图式。     

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...     

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。     

富水砂卵石地层盾构下穿既有线注浆与超长管棚加固技术研究

城市轨道交通网建设必然存在区间线路上下交叉施工的情况,对于在岩层、黏土、卵石土地层中下穿运营区间的技术控制措施已经有不少成功的经验,但在富水砂卵石地层中应用并不多,施工工艺及相关技术措施尚需进一步总结和完善。文章结合成都地铁6号线马鞍北路站和地铁17号线凤溪河站盾构下穿实际情况,研究采用超长管棚工艺对既有线进行加固设计和施工。     

复合地层泥水平衡盾构刀具磨损情况分析

为研究撕裂刀刮刀组合下,盾构刀具在含砂卵石复合地层中的磨损规律,依托京张高铁清华园盾构隧道工程,结合盾构在复合地层掘进时的刀具磨损实际情况,分析刀具在砂卵石与粉质黏土夹杂的复合地层中的磨损特点。首先,对刀具开仓检查的实际情况进行统计,总结刮刀与撕裂刀的磨损特点;然后,对不同地层条件进行划分,并对撕裂刀磨损量随安装半径与切削轨迹长度的变化特点进行分析。研究发现,当地层中粉质黏土含量多于砂卵石时,先行刀磨损可分为3个阶段,最大容许切削轨迹长1 500 km;当地层中砂卵石土占多数时,先行刀磨损分为2个阶段,最大容许切削轨迹长度小于800 km。同时,对外侧撕裂刀频繁更换与非正常磨损现象作出分析,认为外侧撕裂刀的更换更易导致刀具发生应力集中现象,加重磨损。针对以上分析,对刀具更换与掘进参数控制提出了相应改善措施。     

基于谷仓效应的砂卵石隧道围岩荷载计算研究

研究目的:砂卵石围岩颗粒体系级配分布不均匀，颗粒间点对点接触，隧道施工过程中易引起围岩松散、失稳坍塌等突出问题。本文针对砂卵石围岩典型的颗粒物质特性，基于谷仓效应原理，采用颗粒物质离散元理论，探明砂卵石隧道围岩荷载计算方法，分析砂卵石土在不同细观组构下的细观力学行为，探究砂卵石颗粒级配对土体压力的影响特征，揭示隧道跨度对隧道围岩荷载的影响规律。研究结论:(1)提出了用于计算砂卵石土竖向压力的修正Janssen计算公式，并确定了公式中重要系数转向比；(2)揭示了砂卵石颗粒级配对土体竖向压力与侧压力的影响规律，得到了砂卵石土体底部压力和侧压力的计算公式；(3)通过不同跨度的隧道模型模拟试验，提出了竖向荷载修正系数，使用修正系数法的砂卵石围岩荷载计算值与模拟计算的结果相近，验证了该公式计算的准确性；(4)建立了基于Janssen模型的砂卵石围岩荷载计算方法，可为砂卵石地层隧道精细化设计提供理论基础。     

无碴轨道路肩挡土墙动静土压力测试分析

根据遂渝铁路无碴轨道综合试验段陡坡路基高填方衡重式路肩挡土墙上墙背的动静土压力测试数据,分析在CRH2型动车组和重载货物列车的不同运行速度下,上墙背动土压力的响应及其与静土压力的相互关系,并对挡土墙上墙背动静土压力进行理论计算。结果表明,挡土墙主要承受静土压力。     

土与土工格栅相互作用的模型试验研究

加筋土工程(如加筋挡土墙、加筋地基、加筋路堤)是目前岩土工程界研究的重点领域之一。在加筋结构理论研究中,对计算设计方法影响最突出的因素之一是土与土工合成材料的相互作用。采用大尺寸拉拔模型研究土工格栅与填料之间的相互作用,建立了拉拔力与变形、材料上层覆压之间的关系,结果表明：在土工格栅与土的相互作用中,可以用双曲线函数来描述土工格栅受到的拉力与变形的相关关系;格栅受到的极限抗拔力与上覆压力成线性关系,而初始拉拔模量与上覆压力成幂函数关系,这些结论为相关理论分析和设计计算提供了依据。     

全喷锚加固技术在某超深基坑工程中的应用

由于超深基坑的土压力大,常采用板墙、支护桩、内支撑与喷锚形成的复合体系进行加固,很少采用全喷锚技术进行加固。某基坑处于黄土状粉质黏土夹粉土地层中,开挖深度16．4m、坡度1：0．2,采用全喷锚技术加固。沉降和相对水平位移观测表明,加固后的基坑变形很小,基坑安全稳定。本基坑采用全喷锚技术加固成功,除了地层条件较好和施工质量全过程严格控制外,压力分散型锚索在本工程发挥了重要作用。     

富水粉质黏土地层土压平衡和泥水平衡盾构掘进模式转换试验研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道穿越地层为富水粉质黏土地层,细颗粒较多,其中粒径≤10μm的颗粒占比达61.23％.选取该区间0～290环作为试验段,对泥水平衡和土压平衡两种掘进模式进行试验研究.通过详细讨论土压平衡模式和泥水平衡模式相互转换的关键技术,对比分析两种模式的掘进效率和地层沉降控制效果.试验研究结果...     

南昌上软下硬地层土压平衡盾构渣土改良技术研究

以南昌地铁一号线5标中山西路站—子固路站盾构穿越上覆砂砾下卧泥质粉砂岩复合地层为背景,通过矿物成分分析,得知泥质粉砂岩中高岭土、伊利石和蒙脱土等黏土矿物成分含量高达40.5%,是现场盾构隧道容易结泥饼的关键原因。在室内试验成果的基础上,提出了渣土改良方案,并结合现场实施效果,相应地修正了现场渣土改良参数。总体而言,上覆砂砾下卧泥质粉砂岩复合地层土压平衡盾构渣土改良,每环管片所需泡沫剂确定在63~82 L,注水量为6~8 m3。     

京张高铁清华园隧道复合地层盾构机械配置研究

依据清华园隧道盾构区间的隧道参数和工程地质条件,分析盾构机刀盘和刀具对卵石土、砂、粉质黏土互层的适应性。从地层渗透系数、颗粒级配、地下水压、周边环境影响、隧道规模等方面进行综合考虑,选取泥水平衡盾构作为最终选型。考虑到刀盘跨度较大和中途换刀对盾构稳定性的影响,结合渣土特性和既有工程经验,决定采用辐条面板式刀盘,并确定了开口率和开口尺寸;此外,还给出了以切削型为主且可常压更换的刀具配置方案。最后简要介绍了常压换刀的技术流程和泥水环流系统的设计方案,总结了卵石土、砂、粉质黏土互层的盾构机械配置方案。     

砂卵石地层盾构始发与到达端头土体加固范围研究

基于板块强度理论,结合砂卵石地层的受力特点,将盾构始发与到达端头土体加固的力学计算模型简化为四边简支的矩形薄板,根据弹性力学中矩形薄板的莱维解,运用最大剪应力和最大拉应力原理,分析得出端头土体的纵向加固范围;采用MIDAD/GTS有限元分析软件,依托工程实例,建立三维有限元计算模型,对端头土体加固厚度、位移、加固土强度进行分析.研究结果表明:砂卵石地层端头土体纵向加固范围取1.0～1.5倍洞径可以满足盾构始发与到达安全性要求.