水下盾构管廊掘进方案比选

以"河北第一盾"曹妃甸综合管廊工程为依托,利用flac3d有限差分软件,运用弹塑性理论,采用沿盾构管廊掘进方向静态力学状态的集合来模拟管廊的动态推进过程。模拟结果表明:本工程中采用两台盾构同时同向掘进,一方面便于统一安设始发井和接受井,方便施工;另一方面两台盾构同时掘进在保证安全的情况下加快了施工进度。其结论可供类似工程借鉴和参考。     

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进,但切削混凝土能力有限。     

深埋硬岩特长隧道快速掘进技术研究

对于深埋硬岩隧道,快速掘进技术的运用能够有效缩短工期,从而带来极高的经济效益。选择合理的爆破进尺以减少对围岩的损害是保证快速掘进的前提,同时配合高效的施工方式才能实现快速掘进。采用数值模拟方式,以虹梯关隧道为例,通过松动圈厚度及变形量大小对3,3.5,4,5 m各爆破进尺下围岩的稳定性进行评价,得出快速掘进的理论爆破进尺并应用于工程实际。在理论研究的基础上结合现场施工组织提出深埋硬岩隧道的快速掘进的合理进尺,即Ⅱ级围岩可采用3.5~4 m爆破进尺。     

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。     

土压平衡盾构刀盘掘削动态数值模拟

在盾构掘进过程中,刀盘与土体之间的相互作用非常复杂。应用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了在砂土和黏土地层条件下土压平衡盾构刀盘掘进的非线性动力学模型,依据德鲁克-普拉格塑性屈服准则,采用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟土体的屈服和破坏。模拟结果反映了土体在受到切削时累积塑性应变直至破坏的变化规律;刀盘在掘进过程中所受载荷呈一定周期性变化;在其他掘进参数不变的情况下,刀盘在砂土中掘进时所受轴向力和扭矩大于黏土;刀盘在砂土中的切削效率低于黏土。研究结果能够为土压平衡盾构刀盘的设计研究提供一定的理论指导。     

复合地层土压平衡盾构掘进参数模拟分析研究

复合地层特别是软硬交互地层的盾构掘进参数模拟与预测理论及方法研究,目前还处于薄弱阶段。基于Terzaghi松动土压力模型与CSM(科罗拉多矿业学院)模型,对广州地铁3号线大石—汉溪区间不同风化程度混合岩地层的土压平衡盾构掘进表现分别进行模拟分析,结果基本符合实际的掘进表现,但在贯入度大于20 mm/r的硬岩掘进情况下推力及扭矩模拟值与实际值存在较大正负差异。针对这种正负差异情况,分析可能产生的原因。通过对软硬交互复合地层的盾构受力分析,模拟计算在软硬地层各占50%情况下的推力与扭矩值,结果表明,总推力和扭矩的模拟值均在实际值范围内,验证了采用的综合考虑软土和硬岩模拟分析结果的复合地层掘进参数模拟分析方法的有效性。     

地铁盾构隧道施工对下穿人行涵洞的影响分析

以广州市地铁8号线北延段同德围—上步区间下穿北环高速西槎人行涵洞为研究对象，运用Midas GTS NX建立数值模型，通过对比人行涵洞有无进行加固措施的情况下，盾构掘进施工过程中对人行涵洞的沉降产生的影响进行了数值模拟分析，为盾构施工的超前控制提出了有效的依据。     

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明： 基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

复杂岩石地层盾构掘进速率预测模型研究

为提高盾构掘进效能,指导盾构掘进施工,对泥岩砂岩交互地层条件下越江隧道盾构掘进速率预测模型进行了研究。在施工现场进行盾构掘进试验,通过盾构数据采集存储系统,获取盾构掘进的基本参数,并进行点荷载强度试验以获得岩石强度数据。运用多元回归分析的方法,分析了盾构掘进速率与岩石点荷载强度及刀盘推力的关系,分别构建了泥岩和砂岩地层盾构掘进速率的预测模型,并对其进行了应用。研究和应用表明,在泥岩和砂岩两种地层条件下,盾构掘进速率均随岩石强度的增大而降低,随刀盘推力的提高而增大,掘进速率与刀盘推力、点荷载强度均呈幂函数关系。     

周宁水电站引水竖井混凝土施工技术

结合实际工程论述了高竖井施工采取预留岩塞、设安全隔离平台、对竖井进行分段开挖等具体措施,化长竖井为短竖井,降低了施工难度。同时实现了同一竖井混凝土施工与开挖施工、灌浆施工平行作业,达到缩短竖井施工期的目的。详细介绍了在该竖井混凝土施工中采取的液压滑模、钢筋直螺纹连接、运输吊笼防坠保护等新技术,形成了一套安全快速进行高竖井施工的方法,对竖井混凝土施工辅助系统也进行了全面的介绍。     

括苍山隧道二号通风竖井正向施工导碴井、二次扩挖法施工技术

No. 2 ventilation shaft of Kuocangshan tunnel on Zhuji Yongjia expressway has complex geologic condition, many construction difficulties and short construction schedule. In order to complete the project on time, the construction technology of "muck dropping shaft sinking and secondary enlarging excavation" is selected for the sinking of the shaft from several shaft sinking methods, including conventional one time shaft sinking method, "muck dropping shaft sinking and secondary enlarging excavation" method and raise boring method. The selected construction technology is presented in this paper. This technology not only achieves good results in construction schedule, construction safety and construction quality, but also reduces the construction cost.     

装配式竖井预制混凝土管片结构设计

为提高竖井建设的效率和安全性，采用垂直竖井挖掘机（VSM）进行装配式竖井施工。以南京市建邺区沉井式停车设施建设项目(1期)工程为例，系统介绍竖井工程的预制混凝土管片结构设计理念，包括管片构造、连接方式、受力情况、防水设计等；同时，在国外同类工程的基础上对管片结构进行优化设计，首次提出全通用管片设计理念，极大提高了现场施工效率和质量。经现场应用证明： 圆形管片式竖井整体受力状况良好，防水设计满足要求。     

地面预注浆施工技术在井筒涌水防治中的应用

张集矿区地层位于裂隙破碎带且含水量丰富,为解决第2副井井筒地面预注浆施工难度大的问题,基于工程地质调研、技术设计和工业试验的方法对地面预注浆施工技术进行了研究。通过在井筒开凿前上部表土段采用冻结法施工、下部基岩段采用地面预注浆技术施工,并采用直孔和Y孔相结合的布置方式,实现了注浆、冻结和凿井"三同时"施工的目的,有效节约了工期。在整个施工过程中,采用自主研发的监控设备,实现了实时控制并获得了重要的注浆参数,同时采用压水试验的方法对注浆质量进行了效果评价。根据监测结果:1)各段终压值和注浆量均达到了设计要求,总注浆量达16 286 m~3;2)压水试验测得的地层渗透系数明显减小,井筒涌水量仅为2.27 m~3/h,说明该施工方法起到了很好的加固和堵水作用。     

上排渣型全断面竖井掘进机凿井工艺及工业试验

为解决传统钻爆法和钻井法在大深度和盲竖井施工中的局限和不足，研究并提出上排渣型全断面竖井掘进机机械化凿井工艺，即采用全断面钻进、机械式上排渣，实现一次性成井。首先，介绍上排渣型全断面竖井掘进机的设计理念，并对整机的开挖系统、出渣系统、支护系统、导向系统以及纠偏系统的工作原理和整机的具体性能参数进行介绍； 然后，针对竖井掘进机施工应用时的始发井修建要求、设备组装顺序、调试步骤、井身段施工的具体工艺流程、拆机顺序等各工序的施工技术要点进行详细说明，并进一步总结上排渣型全断面竖井掘进机的工法优势及应用前景； 最后，基于上排渣型全断面竖井掘进机在宁海抽水蓄能电站竖井施工中的工业试验，分析竖井掘进机的施工进度并阐述竖井掘进机穿越不良地层中的应对措施。     

地铁隧道施工竖井降水开挖引起的地表沉降分析

为评估城市地铁隧道竖井施工产生的地表沉降,结合深圳地铁5号线某暗挖区间竖井施工,采用有限元和流固耦合方法对该竖井的降水及开挖施工进行三维数值模拟分析,得到竖井降水和开挖引起地表沉降的变化和分布。根据地表沉降计算结果可得到如下结论:1)竖井单纯进行开挖而不降水引起的地表沉降远小于开挖和降水耦合作用引起的总沉降;2)距竖井越近,开挖引起的沉降占总沉降比例越大;距竖井越远,降水引起的沉降占总沉降的比例越大;3)在地表最大沉降处降水产生的沉降占到了总沉降的65%。     

乌鞘岭隧道大台深竖井千枚岩地层钻爆设计及施工

针对乌鞘岭隧道大台竖井在井身掘进过程中遇到的爆破进尺不佳难题,通过对爆破器材、孔眼深度及掏槽方式进行比选,得出了一套在千枚岩地层进行竖井掘进时的深孔爆破参数,并取得了显著成效,使得爆破进尺由原来的1.8～2.2m提高到3.2～3.8m,确保了大台竖井成井工期目标。     

竖井反井钻井法在地下水封洞库工程中的应用

地下水封洞库对地下水的保护要求严格,反井钻井法在钻导井时极易出现地下水的流失,且在扩挖时不易注浆堵水。为解决上述问题,首先通过采用水文地质探孔和地表预注浆等方法确定了反井钻井法施工方案,然后介绍了钻机选型及反井钻机作业原理,并对反井钻机的施工流程和安全保障措施进行了介绍,烟台LPG地下水封洞库工程采用反井钻井法施工后,竖井平均日成井2 m左右,工期为10个月。在确保地下水位稳定的情况下安全、快速、经济地完成了竖井的施工。     

矩形竖井衬砌结构采用滑模整体施工新技术

传统混凝土滑动模板施工工艺主要应用于圆形筒仓结构及圆形竖井结构。针对矩形竖井的衬砌结构施工,为保障混凝土结构施工的实体质量、观感质量、结构的防水要求及施工进度需求,减少因混凝土分层施工造成的施工缝增多,进而造成模板接缝间错台增加及接缝处理不规范产生渗漏水风险,通过以往圆形滑动模板施工经验及方案论证,根据矩形竖井衬砌结构及其截面的几何特性,从滑动模板技术在矩形竖井衬砌中的设计及应用等方面对滑模系统进行研究。研究表明,采用矩形滑动模板工艺施工与常规组合模板施工方法相比具有明显的优势,可以有效节约工期、加快工程施工进度,保证混凝土的实体质量及观感质量,提高竖井施工质量,降低施工安全风险。     

北京地铁四号线隧道辐射井降水施工实践

在交通复杂、人口密集的城市中心区修建地下隧道,如何降低地下水,是影响施工的关键问题。文中以北京地铁四号线黄庄—中关村区间隧道施工降水为例,从辐射井降水原理着手,介绍了一套占地面积小、降水控制范围大、疏干效果好的施工降水方法。实践证明:竖井采用沉井工艺,水平井采用水力双壁钻杆反循环工艺,可达到快速高效降水的目的,且造价较井点降水节约30%。