盾构静-动态泥浆渗滤成膜及支护效率控制方法

近年来,泥水盾构在越江跨海隧道中被广泛应用,隧道开挖面“泥浆-土水”相互平衡作用是工程安全的关键。盾构泥浆能否成膜、动态掘进泥膜是否存在、动态泥膜如何发挥支护作用等问题受到广泛关注,理清这些问题是保障开挖面稳定的基础。对此,基于多相流理论提出了泥浆“渗滤-成膜-生长”瞬态力学模型,探明了泥浆的流体特性和地层的水力传导性质的时空变化规律,揭示了盾构停机静态成膜和掘进动态成膜机制,并通过静、动态成膜2个实例计算验证了理论方法的适用性。研究结果表明：盾构静态停机状态下通常为全断面泥膜,泥浆以面力形式进行支护,盾构掘进时表现为动态局部泥膜,泥浆压力可较长距离前向传递,以渗透力的形式发挥作用;盾构掘进时开挖面泥膜分布为多辐扇形的局部泥膜,可分为泥膜渐变区和无泥膜区,无泥膜区域靠近先行刀臂,随着刀盘转速的增加,泥膜的厚度和泥膜面积逐渐减小;实际工程中,可以从泥浆材料和掘进参数两方面提升泥浆的支护作用,一方面根据地层-泥浆粒径比和泥浆黏度双控指标进行泥浆配置,另一方面宜降低盾构刀盘转速,同时适当增加掘进速度,充分发挥局部泥膜的支护作用,提高泥浆的支护效率和开挖面的稳定性。研究成果对泥水盾构施工安全有一定的指导意义。     

盾构隧道管片接头缩尺试验模拟方法

由于盾构隧道管片接头刚度影响因素繁多复杂,使得缩尺模型管片接头制作困难、模拟效果较差。为此,提出一种采用特制弹簧与预埋螺栓共同工作的管片接头模拟方法来模拟原型管片接头,并分别对该方法设计的模型管片接头以及原型管片螺栓连接接头的轴向、剪切及弯曲刚度进行计算分析。通过对比分析可以得出设计管片模型接头与原型管片螺栓连接接头的等效条件,在满足上述等效条件的情况下,经相似关系换算可认为缩尺模型管片接头刚度与原型管片接头刚度满足试验设定的相似关系。最后,采用堆载试验对模型管片进行可行性验证。经理论分析及模型试验表明：提出的盾构隧道管片接头缩尺试验模拟方法可使模型接头刚度等效于原型管片接头,能较为全面地满足模拟原型管片的要求。     

盾构隧道壁后注浆中“定时浆”试验研究

我国盾构隧道广泛使用凝结时间较长的单液浆,但由于注入后不能及时凝结常常引发管片上浮、浆液流失等工程问题。针对这些问题提出“定时浆”的概念。通过在单液硬性浆中添加氯化铝溶液与水玻璃,基于浆液的胶结时间、流动度、28 d强度等指标研究了“定时浆”的配方。结果表明： 1）通过先加入氯化铝溶液再加入水玻璃的方法,可以实现浆液“定时”凝结; 2）在硬性浆中掺加0.50%~0.75%的氯化铝溶液、1.00%~1.25%的水玻璃,可以达到良好的定时效果; 3）通过简单的注浆设备改造可以形成“双液单注”的定时注浆工艺。     

上软下硬地层盾构隧道围岩应力释放率研究

为解决盾构隧道在上软下硬地层中掘进时开挖面应力释放率难以确定的问题,基于一种既有的体积损失率迭代求解应力释放率的方法,依托广州地铁21号线盾构穿越上软下硬地层实际工程,通过数值模拟研究掌子面不同软硬岩比例、不同埋深条件下的应力释放率变化趋势,并结合现场实测资料进行对比分析。研究结果表明： 1）在盾构隧道掘进穿越上软下硬地层分界面的过程中,围岩的初次应力释放率范围基本保持在24%~36%,且随掌子面硬岩比例的增加呈线性增加趋势; 2）相对于围岩条件而言,埋深对应力释放率的影响更小。此外,在盾构隧道穿越上软下硬地层的全过程模拟中,根据围岩变化情况随不同开挖步动态调整应力释放率这一做法较全程取一固定应力释放率值更为合理。     

盾构泡沫剂的性能指标测试与分析

目前国内盾构泡沫剂产品尚未形成统一的评价标准,性能指标的选取与参数范围的界定也存在分歧。同时,针对产品的研究也大部分集中于末端应用方面,在基础性能的分析及其指标测试方面的研究工作较少。以市场上常见的6种泡沫剂为研究对象,通过其性能指标的测试与分析,给出合理的参数范围;并以此为依据,探究其中的相互关系与影响,特别增加了泡沫液与黏土接触角、泡沫膨胀损失率这两项性能指标,用于分析泡沫液与黏土表面的作用关系和盾构泡沫剂的发泡能力,说明其必要性,并给出合理的参考范围,其中泡沫液与黏土接触角通常在13°~30°之间,泡沫膨胀损失率应低于10。研究成果可为行业标准的出台提供技术支持。     

红砂岩-卵石复合地层刀盘卡停分析及对策

富水红砂岩与大粒径砂卵石复合地层其骨架效应显著,且大粒径漂石随机分布,极易导致盾构施工过程中出现刀盘卡停等故障。本文以兰州2号线公定区间盾构刀盘卡死故障为例,结合工程实际分别从水文地质条件、盾构机性能、刀盘布局等方面分析刀盘卡死原因,并针对性提出渣土改良、盾构机自身减负及消除围岩对刀盘握裹力等技术处理措施,成功解决了红砂岩与大粒径砂卵石复合地层中盾构机卡顿问题,避免了进仓或地面加固后处理工序,实现了工期及成本效益双丰收,对同类型工程具有重要参考价值。     

瑞利面波椭圆极化在盾构隧道地层扰动探测中的应用

为解决传统物探方法在城市盾构隧道工程中难以对地层扰动达到较好探测和监测目的,提出了主动源瑞利面波椭圆极化方法. 采用二维有限元数值模拟对实际盾构隧道施工背景下的地层情况进行全波场正演模拟,并对其波场传播、速度频散和椭圆极化频散等特征进行分析;结合工程实例,进一步将椭圆极化方法和传统速度频散方法进行对比研究. 研究结果表明:主动源瑞利面波椭圆极化方法在探测地下介质结构分布及监测地下空洞等异常结构的变化方面具有和传统速度频散方法同样的探测效果,但由于其不需要长大检波器排列,对周围环境震动等噪声抗干扰能力相对较强,因此更适合城市等场地受限和具有一定震动和噪声干扰的环境,从而具有更广阔的应用前景.      

盾构隧道整体道床剥离病害规律研究北大核心CSCD

盾构隧道整体道床的剥离病害已严重影响地铁的安全运营。为研究整体道床剥离病害的规律,文章以国内某运营地铁线路为工程背景,建立整体道床-管片-注浆层数值模型进行分析研究。结果表明:列车轮组作用在道床一侧靠近伸缩缝位置时会引起较大的道床剥离变形,是最不利位置;列车荷载在振动作用下引起的剥离量远大于静载作用时的,且两者间存在函数关系;伸缩缝位置是最易发生剥离的区域,剥离首先发生在伸缩缝两侧边缘,随列车动载作用时间增加,剥离区域扩展至伸缩缝1.5 m范围内;注浆层刚度与接触面黏结强度均是影响剥离量的重要因素,提升注浆层刚度和道床-管片接触面的黏结强度可有效减少剥离量。     

软土地区大型泥水平衡盾构下穿密集居住区的技术要点研究

在软土地区,大型地下工程如果需要穿越大型社区,本身会对其上方的建筑造成一定的影响.以某大型泥水盾构下穿一上世纪90年代密集居民区建筑的案例,对在穿越过程中采取的技术手段及其有效性,结合监测数据进行了研究,对工程本身及环境影响的安全性进行了系统性的分析.