盾构隧道管片上浮机理及控制技术

基于Maag球面扩散公式,通过引入等效孔隙率替代土体本身的孔隙率,对盾构隧道壁后注浆的渗透范围及对管片造成的上浮力进行了理论推导,并从注浆方法、浆液选择、注浆参数控制、管片上覆土及盾构姿态等多方面提出了控制隧道管片上浮的针对性措施.     

富水承压地层盾构管片上浮规律及 控制措施探讨

在地铁盾构施工过程中,隧道管片上浮问题十分普遍,严重时甚至会造成隧道轴线偏差超限,影响整个 线路的设计规划。总结分析国内盾构管片发生上浮的现象和特征,指出承压水对诱发管片上浮起重要作用。依托 北京地铁 17 号线香西区间盾构隧道,开展盾构穿越富水承压地层的理论分析和数值模拟。结果表明：导致该工 程管片发生较大上浮现象的原因不应仅考虑浆液浮力和地层回弹的作用,还应考虑承压水作用的影响。缩短同 步注浆凝结时间和补充二次注浆是针对浆液浮力的措施,而在隧道周边径向注浆则可同时减少地层回弹和承压水 的影响,径向注浆对减小管片上浮效果明显。     

考虑注浆压力的粉质黏土地层盾构管片上浮规律及临界覆土厚度研究

文章在基于土体损失、浆液浮力和卸载回弹力引起的管片上浮理论解析解的基础上,进一步建立考虑注浆压力作用下管片上浮量的解析解,并通过工程实测数据验证修正后解析解的准确性。以苏州地铁6号苏站东路站—拙政园站下穿外城河为背景,运用Midas GT NX有限元分析软件,研究不同覆土厚度下盾构管片上浮及土层变形特性。结果表明:覆土厚度对于管片上浮有明显的抗浮作用;随覆土厚度增加,管片上浮量降低,土层的隆起降低,土层最大水平位移逐渐减少,且逐渐向远离两隧道中心点方向移动;覆土厚度与土体中最大主应力具有负相关关系,临界覆土厚度约为0.6 D～1.0 D范围内,其与理论结果较为吻合,且工程现场施工也证实其可靠性。     

盾构隧道盾尾管片上浮机理与控制

在理想的同步注浆条件和不计浆液性状变化影响的前提下,将盾尾后方管片受到的总上浮力分为随地层条件和隧道埋深而变化的广义动态上浮力以及由液态浆液包裹而产生的静态上浮力两部分,推导出这2种上浮力的计算公式。动态上浮力在盾尾后方一定距离范围内长期存在;基于盾尾空隙横断面内的浆液压力梯度的变化规律,给出静态上浮力的作用范围。根据管片的上浮模式,考虑管片环间的纵向约束作用,得出维持隧道抗浮稳定需要的浆液最小屈服强度表达式,明确了浆液屈服强度对隧道抗浮稳定具有决定性作用、围压对提高浆液屈服强度有积极的作用。     

盾构施工中管片壁后注浆类型的比较分析

结合广州地铁和深圳地铁的盾构工程实例,介绍盾构施工中的管片壁后回填注浆的多种类型并作了比较分析.     

曲线盾构施工期管片上浮机理及控制措施研究

针对依托工程曲线段盾构管片上浮问题,研究盾构隧道施工期管片上浮机理及主要影响因素;研发智能化实时管片错台监测系统,对盾构隧道施工期管片上浮开展连续监测,分析盾构隧道施工期管片上浮主要特征,并总结提出盾构隧道施工期管片上浮控制措施。研究结果表明：盾构隧道施工期管片错台沿隧道纵向主要表现为上凸形,管片在脱出盾尾时发生显著变形,盾构隧道推进期间管片发生上浮变形,而管片拼装阶段上浮变形并不显著。     

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。     

软土地层大直径盾构始发管片上浮风险控制研究

软土地层浅埋大直径盾构始发技术难度大,管片上浮风险突出,施工过程需严格控制以降低对软土地层的扰动。文章以珠海市横琴杧洲隧道为背景,针对软土地层浅埋大直径盾构隧道始发试掘进过程,探讨始发前地层加固和管片上浮等风险及控制措施;采用PLAXIS^3D有限元软件,建立软土地层大直径盾构始发试掘进数值模型,对比分析地层加固前后不同浆液未凝固区长度下的管片上浮量、地层变形及受扰动范围。结果表明：软土预加固处理、配置速凝浆液、控制盾构掘进速度等措施能有效控制盾构始发管片上浮风险;软基预加固处理对抑制管片上浮效果最好,能提高隧道与周围土体整体性,保证盾构在浅覆土始发试掘进过程有一定安全储备。     

盾构隧道管片上浮的机制研究

盾构法施工时难以避免地会对隧道周围地层造成扰动,引起地表位移,对盾尾间隙的充填可以有效地控制盾尾地表沉降。但在盾构掘进、盾尾间隙注浆施工中,隧道管片局部或整体上浮现象也时有发生。对管片结构在施工过程中受力状态进行分析,将管片的上浮归为四大类,即管片封闭成环的上浮、盾构掘进顶推时的上浮、脱出盾尾后管片的上浮、浆液初凝后管片的上浮。并提出管片脱出盾尾后至浆液初凝前的上浮计算方法,此外针对盾构施工期间管片的上浮,提出了管片上浮的控制措施。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计及施工提供一定的技术依据。     

地铁隧道施工期管片上浮原因及抗浮措施研究

地铁隧道施工时常面临管片局部或整体性上浮的问题,且局部上浮过大易引发螺栓连接件受力过大而断裂、管片破损等施工风险。通过宁波地铁软土地层隧道施工期发生较大管片上浮的工程实例,从同步注浆浆液特性、总推力竖向分力、隧道周边土层特性,及同步注浆压力等方面对施工期管片上浮的原因进行了分析,提出了相应的抗浮控制措施。研究表明:该工程采用强度较低和初凝时间较长的浆液配比,竖直向上的总推力竖向分力过大,以及隧道周边地层特性是引发管片上浮的重要原因,并提出了采用可硬性浆液、下坡段仰头掘进、控制上下部注浆点位、控制实际掘进轴线在设计轴线下一定高度等抗浮措施。     

装配整体式盾构管片结构及力学性能研究

传统盾构隧道管片由预制管片和螺栓连接而成,需要依靠围岩荷载才能形成稳定的结构体系。接头的存在也会造成管片结构整体刚度偏低、抗变形能力减弱,影响隧道结构的安全性和耐久性。本文提出一种装配整体式盾构隧道管片结构,该装配整体式管片由预制T型管片和叠合区混凝土组成。盾构施工阶段进行T型管片拼装,隧道洞通后采用喷射或现浇方式进行叠合区混凝土施工。基于ABAQUS软件对比分析装配整体式管片和传统管片的力学性能。结果表明：在施工阶段,装配整体式管片和传统管片的内力相近,但装配整体式管片的变形稍大。当隧道附近有基坑开挖时,T型管片与叠合区混凝土共同承担隧道荷载,叠合区混凝土刚度大,对T型管片具有保护作用,并且装配整体式管片的后期变形小于传统管片,表现出更好的整体性和抗变形能力。装配整体式盾构隧道管片结构适用于非均质或大变形地层,且能更好地应对邻近施工和邻近穿越等工况,可为盾构隧道工程建设提供新的技术方案。     

圆砾泥岩复合地层泥水盾构下穿建筑物

泥水盾构机在圆砾、泥岩复合地层中掘进时,容易发生泥浆管、盾构机前仓进渣口堵塞(堵管堵仓)的现象,引起前仓压力波动,施工风险急剧增加。通过对盾构泥浆性能进行优化,降低堵管堵仓发生的概率;通过设定合理的前仓压力,优化掘进参数,保证开挖面的稳定,有效控制建筑物变形;之后选取正确的材料和施工工艺,利用同步注浆和二次补浆,有效控制地层和建筑物后续变形;同时利用信息化管理技术,采用自动化监测和信息化管理平台,使地下与地上联动,及时调整施工参数,更加有效地控制了建筑物沉降,为盾构机安全顺利下穿建筑物提供有力保障。     

盾构隧道同步注浆对管片上浮的影响分析北大核心

为分析广州地铁18号线沙西站—石榴岗站区间隧道同步注浆对盾尾管片上浮与受力的影响,建立考虑围岩随机裂隙分布的流固耦合数值模型。基于牛顿流体与宾厄姆流体推导管片壁后注浆压力分布解析解,通过将数值模拟获得的注浆压力与解析解对比,验证数值模型的适用性,并分析同步注浆作用下围岩和隧道结构的变形及应力特征。结果表明:所建的数值模型能较好地模拟同步注浆压力的分布;注浆对地层的初始位移场影响较大,导致整个隧道周围地层均表现为隆起;管片内外轮廓线的Mises应力与压应力差异较大,且分布形式正好相反。     

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。     

城市轨道交通盾构同步注浆国内外现状及发展

同步注浆工艺作为盾构施工中的重要环节,其注浆效果对盾构掘进中的沉降控制与及时包裹管片起到重要作用。针对壁后同步注浆的作用进行分析,系统总结同步注浆浆液类型与要求,对比分析3种常用浆液优缺点,结合工程实际需求探讨浆液需求及发展方向。统计国内已建35个地铁盾构施工案例,分析地铁施工采用盾构机类型及管片尺寸,简要分析盾构隧道同步注浆中的热点问题并展开讨论。研究结果表明:浆液种类需根据地层条件进行选取,国内盾构隧道施工过程同步注浆采用单液浆(惰性浆液、可硬性浆液)较多,盾构隧道施工同步注浆双液浆开始逐渐推广,国外盾构隧道施工同步注浆已逐渐向双液浆转变;壁后注浆准确探测与评价对于注浆效果的反馈与地层变形敏感地区至关重要,相关研究有待进一步加强;在含水量大于30%的地层、渗透性极高地层、软弱不均地层且周围近距离穿越建(构)筑物,对沉降控制要求较高的工程中,建议采用双液浆同步注浆施工或辅以克泥效特殊浆液进行施工。     

隧道管片密封垫接触应力和闭合压力的合理确定

盾构隧道管片橡胶密封垫接触应力与闭合压力是影响其防水性能的重要因素,断面设计时常以两者符合设计值作为控制指标.但在进行密封垫断面设计时常会出现两者不能同时满足设计要求的情况.采用有限元数值模拟、水密性试验及压缩试验等手段,结合密封垫防水机理分析了接触应力和闭合压力的关系,并介绍了通过不断修改密封垫断面型式、调整材质硬度,使接触应力和闭合压力满足要求的方法.最后总结出,应对断面型式和材质硬度进行不断修改和调整,在满足接触应力要求情况下尽量做到闭合压力小于80 kN/m,并在施工中采取利于拼装闭合的措施.     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

卵石地层暗挖车站超高压旋喷注浆止水应用研究

为研究超高压旋喷注浆技术在卵石地层PBA工法暗挖车站中的止水效果,开展现场旋喷试验,对常规施工设备进行改进,优化施工步序,实现暗挖车站边导洞狭小空间内的机械化引孔、喷浆成桩作业。试桩结果表明：卵石地层中试桩加固直径均在1 m以上;加固体抗渗系数最大值为2.37×10–9 cm/s,满足工程不渗水要求;加固体抗压强度均在24MPa以上,加固效果明显,能有效提高地层的承载力、强度和整体稳定性。首次实现超高压旋喷注浆工艺在北京卵石地层暗挖车站的应用,该方法在万泉河桥站的工程实践中取得了良好的止水效果,对北京地区暗挖车站止水治理具有重要的指导意义。     

盾构机采用水土平衡法通过中间风井的技术

盾构机通过中间风井的一般方式是:先完成全部中间风井主体结构,洞门处地下连续墙钢筋混凝土结构,而后盾构机过站,指出这相当于完成一次到站、平移、再次始发的过程,造成涌水涌砂风险集中.随后介绍一种工法:临时回填风井底板结构,盾构从回填土中穿越,最后开挖并修筑中间风井结构,以此降低盾构过风井的涌水涌砂风险.