高压富水碎裂状岩层小半径曲线盾构隧道施工技术

在不良岩土工程条件下,盾构施工将会遇到刀具切削效果差、掘进参数设置不合理以及喷涌等技术难题。文章针对福州地铁高压富水、碎裂状岩层和长距离小半径曲线等施工难点,通过对滚刀切削力的理论计算,分析了刀具的力学性能,提出了合理的刀具配置、掘进参数和刀具更换时机;通过实践探索,采用了螺旋输送机改造、出碴控制和地面降水相结合的防喷涌措施;通过数值模拟方法分析了小半径曲线段盾构掘进开挖面稳定情况,并总结出了长距离小半径曲线段盾构掘进以及姿态控制措施。结果表明:(1)盾构机在碎裂状岩层中掘进时,岩块对于刀具的侧向冲击力很大,需对滚刀采取加固措施;(2)在总推力上升4 000～7 000 kN、扭矩上升1 000～1 500 kN·m、掘进速度小于10 mm/min时,应结合碴样情况,考虑在合适的时机进行换刀;(3)采用所研发的螺旋输送机防喷涌装置,结合地面降水和出碴控制措施,可有效减少喷涌的发生;(4)本工程盾构机在小半径曲线上长距离掘进过程中,轴线最大偏移量、管片安装高程偏差均满足盾构施工规范要求。     

大连富水复合地层盾构施工关键技术探讨

富水复合地层已成为盾构施工过程中经常遇到的复杂地层条件之一,研究该地层条件下的盾构施工技术具有较大的应用价值。文章以大连市地铁2号线为工程背景,论述了盾构选型和盾构始发等施工技术;并针对盾构施工过程中出现的复合地层长距离小半径掘进、富水碎裂带掘进、硬岩掘进刀具控制等工程难点,分别从隧道轴线控制、掘进速度控制、刀具管理制度等方面提出了相应的应对措施。工程实践证明,经过严格选型的盾构适合大连的地质条件,而且对于富水复合地层具有较好的适应性,满足了本标段区间盾构施工要求。     

变螺距螺旋输送机的土塞承压研究

在实际隧道工程中,大直径螺旋输送机的防喷涌能力较低,当盾构通过水土压力较大的区段时,喷涌现象时有发生。基于此,文章建立螺旋输送机土塞承压模型对土塞承压能力进行分析,并以成都地铁施工的某型盾构大直径螺旋输送机为模型参考,通过改变其螺旋叶片的螺距,采用离散元仿真方法分别对变螺距、等螺距情况下的螺旋输送机碴土运输过程进行仿真分析。结果表明:土体在土塞段的运动速度相对于进土段轴向速度降低约15.1%,总速度降低约6.7%;变螺距土塞段能形成良好的土塞,对螺旋叶片进行变螺距设计可作为盾构掘进过程中防止喷涌的新手段;变螺距设计使得土塞段的磨损量增大,螺旋轴受力增加约20～40 kN,启动扭矩增加约21.5%,峰值扭矩增加约28.6%,因此需提高变螺距螺旋输送机的螺旋叶片强度和输出扭矩。     

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层施工技术

土压平衡盾构长距离穿越砂性地层,往往会产生刀盘刀具磨损严重、砂土液化引起地面沉降甚至塌陷、螺旋机喷涌致使盾构掘进困难等问题。本文结合郑州轨道交通1号线一期工程紫金山站-东明路站区间隧道工程,详细介绍了盾构在砂性地层中施工所采用的各项针对性措施,分析了这些措施的实际效果,可供类似工程参考。     

复合盾构刀具布置分析与研究

复合型盾构施工中,直接与岩土体接触的刀盘,其上刀具的布置是否合理直接影响盾构施工的顺利进行和施工成本。文章从复合盾构刀具布置的基本原则出发,指出了复合盾构滚刀刀间距的布置方式,利用等磨损原则分析了复合盾构刀具布置不同半径上每条轨迹应布置的刀具数量,阐述了不同刀具的螺旋曲线布置方法,并利用实例验证了利用该方法布置复合盾构刀具的合理性。     

复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策

通过系统地总结和分析约40台次混合式盾构机在复合地层中掘进近100 km的滚刀磨损情况,对滚刀磨损做了定性分类,并根据滚刀磨损的影响因素,提出滚刀磨损的对策,以期指导今后复合地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构掘进。     

浅议土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理

盾构机刀具配置、维修和管理是盾构施工设备管理的重要内容。文章着重介绍了盾构机刀盘的特点和刀具布局,以及分类、维修和盾构施工掘进中刀具的管理;针对不同地层情况,提出了刀盘选型和刀具配备方式;结合深圳地铁2号线东延线2222标段盾构施工实例,对刀具的配置情况、维修和失效形式等作了进一步阐述。     

复合地层盾构隧道泡沫改良碴土试验研究

盾构长距离穿越复合地层时,会出现喷涌、刀盘结泥饼、刀盘扭矩过大、刀具磨损严重等施工问题。文章通过自制泡沫发生装置,进行了泡沫改良碴土试验,分析了不同泡沫注入率下全风化、复合、强风化地层碴土的各项物理参数变化情况。试验结果表明:注入泡沫可有效降低碴土的渗透性系数、粘聚力和内摩擦角;使用注入率为20%的泡沫处理改良碴土,其渗透性系数可降低至10-6m/s,满足盾构隧道施工的抗渗要求;盾构掘进强风化土、复合土、全风化土时,满足理想状态下土体"塑性流动"要求的最优泡沫注入率分别为30%,10%和10%。     

泥质粉砂岩地层泥水盾构防止刀盘结泥饼针对性改进

文章以南昌市轨道交通1号线泥水盾构工程为背景,针对泥质粉砂岩地质条件下盾构施工过程中出现的掘进参数异常(平均掘进速度为6~10 mm/min,刀盘最大扭矩达到3 200 kN·m)、刀盘结泥饼、碴土结泥团等不良现象,从刀盘开口率设计、刀具布置及刀高设置优化等方面进行了刀盘刀具配置针对性设计,以降低出现结泥饼现象的可能性;同时,在分析泥水盾构冲刷系统工作原理的基础上,结合地质特点,对原冲刷系统进行了改造与优化分析。工程应用结果表明,改进后盾构掘进速度能够达到20 mm/min,总扭矩能被控制在2 000 kN·m以内,满足了工程施工需求。     

上软下硬地层盾构施工技术研究

依托深圳地铁2号线东延线土建2222标侨香站—香蜜站盾构区间,分析了在上软下硬地层中盾构法施工存在进度缓慢、刀具磨损严重、喷涌等难点和风险。为提高上软下硬地层盾构施工的掘进效率,文章给出了具体的盾构掘进参数;针对上软下硬地层盾构施工易发生结泥饼和喷涌等问题,从其发生机理出发,研究了相应碴土改良技术;针对上软下硬地层周边环境复杂、开舱作业风险高的问题,研究了带压开舱换刀技术。     

深圳地铁11号线大直径盾构适应性设计

由于机车提速的需要,城市地铁隧道采用大直径盾构施工是未来的发展趋势,深圳地铁11号线在国内首次采用φ6.98 m大直径土压平衡盾构施工。文章针对深圳地铁11号线11301标段盾构施工过程中所遇到的球状风化体区间掘进难度大、软弱不均地层盾构掘进姿态难控制及软粘土地层易引起刀盘结泥饼等三大难题,从主驱动配置、刀盘刀具设计、盾体设计、螺旋输送机设计及碴土改良系统设计等方面对盾构进行了针对性的适应设计,并提出了大直径盾构设计优化建议,能够为大直径盾构设计及其应用起到指导作用。     

盾构机刀盘的地质适应性设计研究

为了提高盾构机的地质适应性,减少盾构施工过程中因地质因素造成的工程问题,盾构机刀盘必须根据地质条件进行地质适应性设计.文章基于多个盾构隧道施工实践,分析了国内外盾构隧道施工中出现的掘进困难、刀盘刀具快速磨损、结泥饼和开挖面失稳等工程问题,发现刀盘对岩土类型、岩土物理力学性质和水文地质条件不适应是产生这些工程问题的根本原因.基于岩土体与刀盘相互作用的机理和盾构施工经验,文章分别总结了刀盘结构、刀具选型布置和刀盘碴土改良装置在地质适应性方面的设计经验.     

贵阳岩溶地层地铁盾构隧道工程中新型球状碳化钨刀具的研究与应用北大核心CSCD

在贵阳轨道交通3号线盾构隧道施工中,采用普通刀具易出现滚刀多边形磨损、偏磨、刀刃崩裂等异常磨损和刀圈脱落现象。为改进滚刀刀圈的耐磨、耐冲击性能,提高刀具的综合寿命,提出采用球状碳化钨刀具替换普通刀具,并介绍了激光熔覆焊工艺以及宏观磨损检测工艺。经过施工现场的实际应用,发现球状碳化钨刀具具有更好的耐磨性,新型球状碳化钨刀具平均磨损量为0.00255 mm/延米,相邻普通刀具平均磨损量为0.01655 mm/延米。在第338~736环掘进中,新型球状碳化钨刀具最大磨损量为0.015 mm/延米,刀具无崩刃现象,滚刀轴承、密封等均无异常,有效解决了普通刀具易磨损、磨损不均的问题,为喀斯特地质条件下盾构刀具的选型提供参考。     

适合成都砂卵石地层的土压平衡盾构机探索

针对成都地铁一号线砂卵石地层的粒径大、磨琢性大等特点,提出了除对碴土进行改良提高其流动性和润滑性外,还有为适应此种地层的土压平衡盾构机配置的刀盘、刀具和螺旋输送机等应具有耐磨性;针对大粒径卵砾石要求能破碎、小粒径卵砾石能排出的理念,提出增加刀盘正面面板开口率的建议;同时在盾构机的掘进中要优化掘进参数和加强操作管理.     

无水漂卵砾石地层土压平衡盾构施工关键技术

文章以北京地铁九号线丰台东大街站—丰台北路站区间全断面无水漂卵砾石地层盾构掘进工程为背景,基于地质勘查资料和试验探井的分析结果,掌握了该漂卵砾石地层的空间分布规律和力学性质。在合理选用辐条式土压平衡盾构的基础上,通过对盾构机关键部件进行适应性改造,降低了刀盘刀具磨损。施工中通过掘进参数的有效选择,实现了该类型盾构机在全断面卵砾漂石地层中的长距离掘进。     

成都富水砂卵石地层盾构设备配置探讨

成都地铁1、2号线成功地采用了盾构法施工,但由于成都地质条件以高富水、高卵石含量著称,到现在为止还存在刀具消耗成本大、换刀困难、地表易坍塌及刀盘和螺旋输送机磨损严重等实际问题.文章通过对成都富水砂卵石的地质特点和现用盾构设备的优缺点的分析,提出了将盾体进行适当改进的设想:刀盘南面板式改变为辐条式、螺旋输送机由轴式改变为带式、对卵石的处理方式由破碎为主变为全部排出,这样将可以大大降低施工成本,解决地表易坍塌的问题,创新改进后的盾构设备配置将更适合成都地铁盾构施工.     

上软下硬地层大直径土压平衡盾构下穿民房建筑群沉降控制北大核心CSCD

依托广州地铁18号线盾构施工,针对其地层分布复杂、软硬差异大及穿越密集民房建筑群等特点,通过注浆加固、现场动态监测、优化掘进参数等一系列主动措施,解决实际工程中掘进参数合理取值与地表建筑沉降变形控制两大难题。研究结果表明:(1)在该类软硬地层中掘进时,刀盘在通过不同岩层断面分界线时扭矩、推力等参数波动较大,总推力与扭矩有良好的相关性,各掘进参数宜控制为:推力30000~35000 kN、扭矩4500~6000 kN·m、推进速度35~45 mm/min;(2)提出的多段式封孔洞内超前注浆工艺可使刀盘前18 m范围内的地表上抬3~5 mm,最大上抬值能达9.02 mm,同时能缓解土体在盾构下穿时及后续固结稳定的沉降趋势;(3)因刀具磨损、掘进参数波动大、螺旋机卡死等引起的临时停机会造成地表建筑日沉降速率超过3 mm/d,在预设停机点位置前采取洞内超前注浆和克泥效工法能有效缓解沉降趋势,在带压开舱期间日沉降速率控制在2 mm/d以下;(4)左右隧道轴线附近的地表建筑沉降基本可分为“微小隆起—沉降较大—逐渐稳定”三个阶段,测点最大沉降值最终稳定在-21.38 mm、-22.49 mm,均小于控制值。     

盾构盘形滚刀损坏机理的力学分析与应用

文章对盾构盘形滚刀损坏的力学机理进行了研究,应用CSM模型对滚刀破岩荷载进行求解,得到了滚刀损坏的临界最大贯入度和滚刀不能转动(偏磨)的临界最小贯入度计算公式,并对影响滚刀破岩荷载和影响临界贯入度的各种因素进行了分析。为便于现场应用,绘制了便于查阅的曲线图,并给出了应用示例。研究结果表明:掘进过程应根据岩石强度和刀具磨损情况的变化调整贯入度范围,其值应控制在临界最小和最大贯入度之间。研究结果对盾构机的现场施工具有指导作用。     

无水大粒径卵砾漂石地层盾构选型研究

文章依托北京地铁9号线工程实例,针对北京典型无水大粒径卵砾漂石地层盾构施工所面临的问题,提出了"以疏为主、以隔为辅"的盾构设备选型理念,开展了盾构机刀盘、刀具、加泥及泡沫系统、螺旋输送系统、同步注浆系统、刀盘驱动系统等关键设备的适应性研究和改造升级。实践证明,改造升级后的盾构设备适用于北京典型无水大粒径漂卵砾石地层,极大地提高了掘进速度,降低了建设成本。     

卵石含量高、粒径大的富水砂卵石地层中盾构机选型研究

根据成都地铁一号线盾构机所选机型在施工过程中的经验和教训,通过对盾构机的掘进机理深入分析,提出了在富水砂卵石地层盾构机刀盘的合理结构形式.要求刀盘结构强、材质好、面板少、开口率大、开口尺寸适当,用网格结构控制;中心安装超前撕裂刀;滚刀刃间距根据所配置的螺旋输送机的排除卵石尺寸确定;以及刀盘的正、侧面备有耐磨保护装置措施等.