软硬不均地层盾构技术的思考

软硬不均地层盾构施工难题一直考验着工程技术人员的智慧,业界为此付出的代价频现报端。文章以发展的眼光,梳理了国内盾构在软硬不均地层施工的曲折历程。从什么是软硬不均地层、软硬不均地层盾构施工所面临的问题、软硬不均地层为什么易发生掌子面坍塌入手,引出了国内软硬不均地层盾构技术发展,详细阐述了深孔爆破预破碎方案对盾构施工所带来的次生危害,提出了新形势下软硬不均地层盾构技术的思考。主要结论如下： 以盾构装备技术发展实现软硬不均地层顺利掘进,而不再进行预处理,符合科技进步规律与社会发展要求。     

冻融循环对阳曲隧道黄土强度影响对比试验研究

为了研究冻融环境对黄土强度的影响,以山西阳曲1号公路隧道不同含水量的黄土为研究对象,设计冻融循环次数和含水量变化的对比试验,通过进行冻融前后的直接剪切试验,获得含水量不同的黄土经过不同次数冻融循环后的强度变动规律。结果表明： 原状土样和重塑土样在含水量变大的过程中,抗剪强度与黏聚力均在减小,内摩擦角基本保持稳定,但原状土样的抗剪强度与黏聚力始终高于同含水量的重塑土样。在含水量较高的情况下进行冻融试验,发现黄土干密度变化非常明显,此现象表明影响黄土冻胀劣化的主要因素是含水率的大小,黄土中水分含量越大劣化征象越显著。     

邻近基坑卸荷-加载对既有软土盾构隧道影响分析

为了减少和避免地铁盾构隧道发生运营中断事故,提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,应用数值模拟的方法,以上海某典型工程为例,研究了软土地层中,邻近基坑卸荷-加载作用下,盾构隧道位于基坑拐角特殊位置的变形机制,并对地下连续墙支护方案的隔离效果和盾构隧道与基坑边缘净距l的影响进行了分析。研究结果表明： 1）当基坑位于盾构隧道侧方浅部时,基坑卸荷-加载诱发盾构隧道产生朝向基坑方向的位移,随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,水平位移恢复较少; 2）当盾构隧道位于基坑拐角特殊位置时,受基坑临空面范围和卸荷-加载作用共同影响,最大竖向位移出现在基坑拐角位置附近,最大水平位移出现在隧道轴线距离基坑边缘约1.5h（h为基坑深度）位置; 3）近地铁区域采用地下连续墙加固方案,可使盾构隧道水平位移减小50%,加固效果明显; 4）当盾构隧道与基坑边缘净距l大于1.5h时,邻近基坑卸荷-加载对既有盾构隧道影响较小。     

泥水盾构穿越浅覆透水层施工关键技术研究

针对我国关于繁华城区大直径泥水盾构施工关键技术研究不足的现状,以杭州环城北路地下通道工程大直径泥水盾构隧道施工为例,结合其工程施工难点,从浅埋地层大直径盾构始发、铁路桥变形预测、泥水分离系统及其适应性改造等方面,对工程中所遇到的难题进行了研究和针对性分析。研究结果表明： 1)端头加固长度以大于盾构主机长度加1环管片的长度为宜; 2)盾构下穿时铁路桥变形实测结果与理论预测结果相吻合,验证了理论预测的重要性; 3)采取增加棒条和改造下层筛板等针对性措施,显著提高了泥水分离效果。     

双模式TBM刀具破岩试验台设计

盾构施工受岩层条件和刀盘设计的影响很大,可利用试验装置对刀具与岩石的相互作用关系进行研究。结合现有的单一回转或直线切割破岩试验装置,提出了双模式TBM刀具试验台设计方案,可在同一台装置上实现2种模式,具有成本低、功能多的优势。根据已有的单一模式试验台的研究成果及设计经验,设定双模式试验台的工作参数。通过设计试验台的机械结构及液压系统,实现了刀具下压、直线切割和回转切割破岩等试验动作,以及刀具贯入度、破岩力、破岩速度等参数变化;并利用ANSYS软件对机架结构进行静力学分析,验证方案设计的强度和刚度的可靠性;同时设计控制系统对试验数据进行采集,满足研究刀具破岩试验的要求。     

基于刀盘摩擦扭矩参数的刀具磨损状态识别

盾构在砂卵石地层掘进时,刀具磨损量大一直是困扰施工的难题。从土压平衡盾构的工作原理及砂卵石地层特性2方面分析刀盘扭矩的构成,并通过数学和力学分析建立了摩擦扭矩计算模型。以成都地铁3号线红牌楼南站-红牌楼站区间为研究背景,依托盾构施工安全风险监控系统,对计算模型进行验证;分析刀具磨损时,根据地质条件将摩擦扭矩进行分段计算,同时将摩擦扭矩除以总扭矩得到摩擦比例系数,运用比例系数跟踪判断刀具磨损程度。研究结果表明,砂卵石地层中构成刀盘扭矩的主要组分是刀盘正面、背面和侧面上的摩擦扭矩;摩擦扭矩计算模型符合工程实际;得到的摩擦比例系数与换刀形态具有较好的对应性,可定性判断刀具磨损程度,指导工程实践。     

无水砂层土压平衡盾构长距离掘进施工技术

在石家庄典型地质全断面无水砂层及无水粉质黏土与砂层组成的复合地层,土压平衡盾构掘进施工中易出现“盾构推力扭矩大、盾构出土不顺利、地表沉降量较大、刀盘螺旋输送机磨损严重、盾构掘进姿态控制不易控制”等施工难点。以石家庄市轨道交通1号线和平医院站-烈士陵园站区间施工为背景,通过盾构选型、掘进参数统计及分析,得出盾构在全断面砂层中掘进时必须向改良土体注入膨润土泥浆和泡沫,以达到改良和建摩的作用;盾构在粉质黏土和中粗砂组成的复合地层中掘进时,单独使用泡沫改良土体就能满足掘进要求,膨润土泥浆将不以改良渣土为第一目的,而以润滑为第一目的;在这种地层掘进时,不应只注重掘进是否顺利,还应保护盾构构件,因此在黏土地层和砂层的复合地层掘进时,加入水或膨润土泥浆是必要的。     

多元信息预警系统在头道穴隧道施工过程中的安全评价方法研究

为了解决一般安全评价方法单一性、滞后性以及易受人为主观影响的问题,借助多元信息预警系统实测资料,分析了以往公路隧道施工事故原因,在对传统安全评价方法研究的基础上,结合多元信息预警系统工作机制以及在头道穴隧道施工中的应用,提出了一种隧道施工过程的安全评价方法。随着多元信息预警系统在隧道施工过程中的自动采集和监测,构建的评价方法可以将复杂的风险因素及时转化为直观的安全评价结果,同时能够指出具体风险源,最大限度地保障隧道施工安全。     

盾构掘进对邻近桩基的变形特征研究

深圳地铁7号线盾构区间在YDK14+180~+280段进行近接桩基施工中,为了严格控制施工对近接桩基的扰动,以保证施工的安全性,通过有限元软件分析了不同掘进姿态在盾构施工过程中对近接桩基的影响。指出:1)盾构掘进姿态是施工过程中对近接结构物影响十分显著的因素,施工时应加以严格控制;2)在盾构蛇行推进过程中,随桩基与掌子面距离的减小和盾构蛇行偏角的加大,盾构施工掘进对桩基的影响程度在加大;3)在盾构刀盘推进至距离桩基间距为2.0D时,应严格控制盾构施工过程中的掘进姿态,特别需要控制盾构的左右偏离。     

国产双护盾TBM在兰州市水源地建设工程中的应用

为了研究国产双护盾TBM的工程适应性,结合TBM在兰州市水源地建设工程中的实际应用情况,分析了双护盾TBM掘进段的地质特点,并采取了针对性设计。TBM采用成熟的硬岩刀盘结构形式,滚刀刀座在锻造厚板上一次加工成型,减少焊接量;刀具按照非线性布置,刀间距控制在86 mm以下(含中心刀);主机采取多种针对性设计降低卡盾风险,并预留充足的应急处理接口;后配套系统采用平台式拖车结构,尾部连接四轨双线式会车平台。实践证明,该TBM在兰州市水源地建设工程中具有良好的地质适应性。