深厚软土地区盾构管片上浮特性数值分析

深厚软土地区盾构管片上浮是较为普遍的现象,对盾构过程和周围环境安全影响较大。结合福州某地铁盾构工程,考虑地层损失和软土扰动影响,建立了深厚软土地区盾构过程中管片上浮的数值模拟方法,并利用实测数据对该模型进行验证。利用已验证的数值模拟方法分析了同步等效注浆压力、注浆量、浆液压缩模量、土仓压力和隧道埋深等对盾构参数对管片上浮量和上浮规律的影响,并建立了管片上浮量的经验计算公式。研究表明数值模拟结果与实测值吻合度较高,能够较真实反映盾构管片的上浮特性;随着注浆压力、土仓压力、注浆量、浆液模量的增大,管片上浮量增大;随着埋深的增加,管片上浮量降低。     

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。     

地铁盾构隧道同步注浆地表沉降控制效果影响因素的现场试验研究

地铁盾构隧道施工中采用同步注浆来抑制地层损失引起的地层沉降.以苏州轨道交通1号线为工程背景,选择地层特性、埋深等外部条件相似的3个试验段,分别研究同步注浆量、注浆压力和注浆材料等因素对地表沉降产生的影响,提出适用于苏州地区的盾构同步注浆参数及地层沉降控制措施.研究表明:建议注浆量采用3.5 m3/环,注浆量超过3.5 m3/环时,地表沉降控制效果不再明显;地表沉降受注浆压力波动影响较大,建议注浆压力保持在0.35～0.40 MPa范围内,不宜超过0.40 MPa,注浆压力过大会导致劈裂、跑浆,不利于沉降控制;可硬性浆液对地表沉降的控制效果比惰性浆液要好.     

硬岩地层大直径泥水盾构隧道管片上浮偏移控制技术

针对大直径泥水盾构在硬岩地层掘进中管片易上浮和偏移(曲线段)的问题，结合前人研究成果，对地下水量、同步注浆填充效果及管片位移变化趋势等进行了分析，认为引起管片上浮偏移的主要原因是泥浆后窜稀释同步注浆浆液，使管片处于“游离”浮动状态，在曲线段盾构调向过程中产生的侧向力会使管片左右偏移。研究制定了向盾壳外注入止水材料封堵建筑空隙的措施，通过对比盾尾油脂、克泥效浆液、快凝泥浆(盾壳泥)注入试验，以及对掘进过程中同步注浆压力的持续监控、管片开孔检查注浆质量、持续测量管片姿态变化，验证了该措施控制管片上浮偏移的有效性，且注盾壳泥更加经济、可靠。     

盾构隧道同步注浆浆液压力分布规律模型试验研究

基于盾构隧道典型4孔同步注浆的特点,建立盾构-浆液-土体相似系统和模型试验平台,开展不同注浆方式下的室内相似模型试验,研究盾尾空隙内浆液压力的分布规律及消散过程、浆液的流动路径及扩散方式。结果表明:注浆方式对浆液压力的有效影响范围主要集中在盾尾后方2倍隧道直径范围内;利用上部注浆孔或下部注浆孔单独注浆都是不科学的;上部或下部浆液流量大于等于60%时,其流量变化对浆液压力初值的分布具有决定性作用;上部浆液流量在60%~80%之间才能确保浆液压力初值较好地适应地层应力;盾尾空隙最佳充填模式为,单孔注浆时应采用上部注浆孔,双孔同步注浆时应采用上下双孔注浆且上部浆液流量约占总流量的80%,4孔同步注浆时上部浆液流量应占总流量的60%~80%;刚注入的浆液主要分布在注浆孔附近区域,单位时间内新形成的盾尾空隙主要由原来盾尾处呈流塑状的浆液进行充填;建议在拱顶附近预留专用注浆孔进行二次补注浆。     

富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

西湾海域花岗岩地层泥水盾构隧道弃渣资源化利用研究

以深圳西湾海域穗莞深城际铁路为依托,针对泥水盾构隧道在花岗岩地层掘进过程中所产生的弃渣展开室内试验和现场应用研究。通过对现场弃渣进行采样和性能测试发现弃渣中含有大量石粉,据此提出以石粉作为同步注浆浆液部分替代材料的弃渣资源化利用方案,并开展不同均匀试验设计配比下的室内浆液性能测定试验;将所研发的新型同步注浆浆液进行现场应用,结果表明,新型浆液能很好地满足工程需求且更具经济性,采用石粉替代砂石配制同步注浆浆液具有较高的可行性。     

超浅埋大直径盾构穿越海河的设计施工关键技术

以天津地下直径线超浅埋大直径盾构下穿海河工点为实例,对穿越施工的海河河底安全防护技术、大直径泥水盾构先进施工技术、洞内二次深孔加强注浆技术、海河河床的自动化监测技术、隧道安全保护技术等进行论述,对类似工程具有一定参考价值。     

地铁隧道盾构施工对新装环管片受力的影响

通过分析新装环在其邻近环施工过程中钢筋的量测数据,得出覆土范围在8～10 m内的浅埋段新装管片在盾构施工过程中主筋和分布筋的应力变化规律和原因:邻近环推进时盾构反推力对管片受力影响不明显,主要影响来自于同步注浆,管片左右45°及135°处附近的位置在邻近环注浆过程中受力变化明显。     

基于浆液黏度时变性的盾构壁后注浆模型研究

研究目的:盾尾同步注浆是盾构施工过程中重要环节之一,其浆液包裹促使管片处于"悬浮漂移"状态,稍有不慎极易造成隧道结构上浮或错台,进而引起管片开裂破损。基于Magg柱面扩散理论,推导考虑浆液黏度时变性与否两种情况下盾构隧道壁后注浆浆液扩散半径和注浆压力公式,通过算例对比分析注浆过程中隧道管片压力随时间、同步注浆浆液初始压力、扩散半径变化规律,为盾构管片设计施工提供理论基础。研究结论:(1)无论考虑浆液黏度时变性与否,管片所受压力及浆液扩散半径均与时间呈正向增长关系;(2)浆液扩散半径与初始注浆压力呈正向增大关系,管片所受到的压力与初始注浆压力呈指数增长关系;(3)不考虑浆液时变性的计算结果均高于考虑浆液时变性的计算结果的5%～10%,最大可超过70%,实际盾构同步注浆应予以重视;(4)实际工程可以通过调节初始浆液黏度比来降低管片压力,其初始浆液黏度比有效调控范围在2～6之间;(5)本研究成果可为盾构隧道结构设计和施工提供参考。     

大埋深盾构隧道穿越全断面砂层施工关键技术

以广州地铁十八号线某盾构区间为背景,分析了土压平衡盾构在上覆大厚度淤泥和淤泥质土条件下穿越全断面富水砂层的主要施工难点,总结了施工关键技术,主要得到以下结论：盾构在富水砂层掘进时,渣土改良是施工过程中的重点,本工程针对地层中的细颗粒含量,采用只注入泡沫的方法进行渣土改良,现场实践证明该方法能避免喷涌发生。施工中应根据地层条件,通过试验等方法确定适合的渣土改良方法。基于富水砂层的特性,渣土改良应以膨润土浆液为主,高分子聚合物为辅,同时在螺旋输送机出口安装防喷涌装置以避免发生喷涌。由于砂层在受扰动时易发生坍塌,盾构在通过砂层时可通过加快推进速度、尽量保持各施工参数稳定的方法快速穿越砂层段,同时严格控制出土量,保证同步注浆和二次注浆质量,避免地表沉降超出安全范围。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

大直径泥水平衡盾构穿越砂性地层沉降控制分析

结合武汉轨道交通8号线越江区间隧道建设,为研究大直径泥水平衡式盾构穿越砂性地层引起的地表沉降问题,开展盾构施工扰动下地表沉降现场监测分析,盾构穿越过程中部分地表产生较大隆起,且变形稳定后隆起值较大,通过分析盾构施工参数与现场监测数据,判断注浆压力过大为导致地表产生较大隆起的主要原因;通过数值计算,分析不同注浆压力下变形稳定后的沉降槽曲线,结果表明:采用实际注浆参数的计算结果与实测数据比较吻合;考虑到施工中一些不确定因素的影响,结合数值计算结果,为了将地表隆陷控制在较小的量值范围之内,大直径泥水平衡盾构穿越相似条件地层时合理的注浆压力为0. 55～0. 60 MPa。     

大直径泥水盾构隧道管片结构力学特性研究

以扬州瘦西湖隧道为例,介绍了盾构隧道穿越地层的工程地质与水文地质条件、典型断面管片布置形式,以及管片结构受力监测方案。共设计了4个监测断面,对管片的力学特性进行监测。通过实测结果分析和数值模拟分析,得出的主要结论是:柔性土压力计和光栅传感器能够较好地应用于管片的现场监测工作,可以得到较为全面准确的隧道衬砌结构荷载和内力在施工期的分布;衬砌结构荷载总体随时间呈先减低后趋于平稳的规律,施工期的注浆作用会使衬砌结构荷载大于稳定后的结构荷载,同时注浆压力控制不当会导致结构荷载的分布不均匀(在设计时应重点关注);注浆阶段(同步注浆到注浆效应消散),衬砌结构内力处于波动状态,与各同步注浆孔压力分布不均有关,稳定后的结构轴力大致为注浆作用下最大值的60%~65%,注浆作用对结构轴力影响较大。     

泥水盾构钢套筒接收技术研究

本文以武汉地铁六号线琴台站~武胜路站区间泥水盾构左线接收为工程背景,针对武胜路站到达端头具有水位较高、埋深较大以及场地狭小等特点,泥水盾构到达接收过程容易发生漏水、涌砂等风险,选用素墙+钢套筒+辅助降水接收方案。对钢套筒进行了设计研究,包括筒体、后端盖、反力架等方面设计,详尽论述了泥水盾构法施工钢套筒接收关键技术,主要包括确定端头加固的合理方法、钢套筒安装工艺流程、钢套筒各部件详细安装工法及流程、泥水盾构接收段的掘进工法等,可以为类似泥水盾构接收提供工程借鉴。     

地铁区间隧道穿越京山铁路施工控制技术

北京地铁五号线区间隧道蒲黄榆至天坛东门段在玉蜓桥两侧下穿京山铁路,隧道埋深17 m。为保证既有线运营安全,采用全断面帷幕注浆预加固技术,监控量测结果表明路基沉降可以满足要求。     

矿山法隧道下穿既有盾构隧道微变形控制技术

北京地铁8号线矿山法隧道下穿既有运营10号线盾构隧道时,采用MIDAS/GTS NX有限元软件对穿越施工过程进行三维弹塑性数值模拟,研究锁扣管幕与全断面深孔注浆条件下隧道开挖对既有结构的影响。结果表明:管幕施工导致的既有结构沉降约占既有结构最终沉降量的40%;受左右线施工先后的影响,新建隧道上方既有结构沉降略显不对称;既有结构纵向沉降呈双凹槽形,最大沉降出现在左线隧道中心线正上方,最终沉降量为2.56 mm,满足结构沉降控制的要求。经实际工程验证,锁扣管幕与深孔注浆支护体系在控制既有结构沉降方面效果良好。     

盾构隧道施工引起的地基土超孔压特性模拟与分析

考虑盾构机盾壳与自重、开挖面正面推力、盾尾空隙、千斤顶推力和同步注浆等因素,利用有限元软件模拟研究了盾构施工过程引起的周边土体超孔压,并与实测值进行对比分析,以此验证了模拟方法的可靠性。基于单层软土、中等埋深条件下的盾构施工有限元模拟,分析了超孔压随施工过程的分布特性。研究表明,施工过程中周边土体的超孔压变化明显,随着盾构机的推进先不断增大,盾构机头到达或盾尾脱出时达到最大,盾构机离开后又逐渐减小。软土层中125 d后隧道四周超孔压的衰减率约为92%。     

地下深埋拉管高压电力管线探测技术

天津西站至天津站地下直径线工程盾构隧道穿越慈海桥及子牙河南路,与隧道方向相交存在一条35kV的电力管线,其深度资料不明。该段工程需要进行二次深孔加强注浆,浆液扩散范围为3m,为防止注浆时压力过大浆液扩散对电力管线构成危险,需探明电力管线深度,并以此作为控制注浆压力及扩散半径的参考。1地质雷达管线探测技术     

大直径土压平衡盾构施工诱发地层变形规律研究

以北京地铁14号线高家园站-京顺站区间大直径盾构隧道工程为背景,基于北京轨道交通工程施工安全风险监控系统开展地层变形监测试验,研究在大直径土压平衡盾构施工诱发的地层横向和纵向变形规律。研究结果表明:大直径盾构施工诱发地层变形规律总体符合Peck沉降曲线,但由于地层差异和施工控制等原因,沉降槽两侧并不完全对称,横向影响范围约为隧道两侧20 m,纵向影响范围约为盾体前后60 m,变形值在0~-25 mm之间;盾构通过和盾尾脱离管片时地层变形较大,两者之和通常大于总沉降的60%;同步注浆控制地层变形效果显著,但有一定时间的延滞,必须根据风险要求控制好浆液的凝结时间。