豆砾石回填降低双护盾隧道掘进机卡机风险的效用影响分析

双护盾隧道掘进机(TBM)掘进豆砾石回填速度对于围岩支护效果具有一定影响。以西藏某公路隧道护盾卡机段为研究对象,构建了双护盾TBM掘进过程数值模拟分析模型,以回填物强度变化直接反映回填时间同时考虑回填段长度变化,研究豆砾石回填对围岩屈服、收敛变形、护盾接触面积、设备推进所需克服摩阻力等影响规律,进而研究豆砾石回填工序对于降低双护盾TBM卡机风险的减灾作用。结果表明:豆砾石快速回填不会改变围岩收敛变形宏观分布特征,对围岩塑形屈服区的总体分布、屈服类型及体积具有一定影响;豆砾石快速回填可以控制围岩收敛变形,减小围岩与护盾接触面积,进而降低TBM推进所需克服护盾摩阻力,对降低卡机风险对具有一定效果,但对于挤压变形较大洞段,需要与其他主动防控措施相结合采用,研究结果可为相类似工程进行双护盾TBM卡机风险防控措施选择提供参考。     

豆砾石回填降低双护盾TBM卡机风险的效用影响分析

双护盾TBM掘进豆砾石回填速度对于围岩支护效果具有一定影响,以西藏某公路隧道护盾卡机段为研究对象,构建了双护盾TBM掘进过程数值模拟分析模型,以回填物强度变化直接反应回填时间同时考虑回填段长度变化,研究豆砾石回填对围岩屈服、收敛变形、护盾接触面积、设备推进所需克服摩阻力等影响规律,进而研究豆砾石回填工序对于降低双护盾TBM卡机风险的减灾作用。结果表明：豆砾石快速回填不会改变围岩收敛变形宏观分布特征,对围岩塑形屈服区的总体分布、屈服类型及体积具有一定影响;豆砾石快速回填可以控制围岩收敛变形,减小围岩与护盾接触面积,进而降低TBM推进所需克服护盾摩阻力,具有一定的降低卡机风险效果,但对于挤压变形较大洞段,需要与其他主动防控措施相结合采用,研究结果可为相类似工程进行双护盾TBM护盾卡机风险防控措施选择提供参考。     

基于复杂地质岩机作用的多维度隧道掘进机适应性评价方法

为了解决高强度高磨蚀硬岩地层TBM掘进“低效高耗”、断层破碎带地层“刀盘受困”、高地应力挤压性地层“护盾被卡”等隧道施工难题,基于TBM滚刀、刀盘、护盾与隧道围岩的相互作用,通过多个TBM法隧道工程数据统计分析,揭示了滚刀贯入度指数与岩体特性指标、滚刀破碎体积磨损速率与岩体特性指标、TBM设备利用率与断层宽度、围岩相对变形量与强度应力比的函数关系,建立了基于滚刀可掘性和耐磨性、刀盘受困和护盾被卡风险的多维度TBM适应性评价方法,为复杂地质隧道修建TBM工法选择、装备设计及施工难题的解决提供了量化依据。     

引大济湟工程TBM掘进卡机机理研究及控制措施

数值模拟可较好体现围岩与护盾的相互作用,但前人往往忽略盾尾衬砌对围岩变形的约束作用,致使所求得的围岩竖直位移偏小。因此在研究TBM掘进卡机机理时,必须要考虑盾尾衬砌的影响。以引大济湟工程为例,用FLAC~(3D)建立考虑护盾与围岩相互作用下的计算模型,求得围岩力学响应,计算护盾所受的滑动摩擦阻力。根据卡机流程,表明:TBM在桩号CH16+775附近掘进时,会出现卡机。将预留间隙从10 cm增加至20 cm,得到增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力。由于增大预留间隙工况下的滑动摩擦阻力小于推进系统所能提供的最大推力,故增大预留间隙可有效避免卡机。     

单护盾TBM通过不良地质洞段应对措施探讨

单护盾TBM掘进施工在不良地质段,特别是在无自稳能力、地基承载力较差的软弱含水砂岩地层时,极易出现刀盘及盾体被卡、栽头等事故,影响TBM的正常掘进。本文以甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#隧洞单护盾TBM在不良地质段掘进发生的停机故障进行分析,重点介绍该工程TBM在通过不良地质洞段时存在的部分问题及应对措施,为类似工程提供经验参考。     

双护盾TBM隧洞施工卡机判据与对策研究

双护盾TBM护盾较长,护盾与洞壁的间隙较小,在围岩发生大变形时,易发生卡机事故.根据双护盾TBM设备及施工的技术特点,基于护盾长度、护盾直径、护盾压力、摩擦系数等参数建立卡机判据公式.以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为例,采用数值模拟的方法,计算泥质砂岩洞段不同埋深、不同围岩条件下的隧洞变形量及应力,并根据卡机判据进行卡机风险分析,结果表明,埋深500m、600m时Ⅴ类泥质砂岩易发生卡机事故.基于风险分析,提出了刀盘扩挖、阶梯状护盾设计、向护盾和洞壁之间注入油脂及钻爆法预处理等对策.TBM施工实践表明,所提出的对策切实有效,对保障TBM快速安全施工发挥了重要的作用.     

大纵坡隧道复合式隧道掘进机掘进推力对管片结构的力学响应分析

隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)在进行大纵坡隧道上坡施工时的掘进推力控制不当易造成管片错台、上浮甚至结构失稳等问题,因而研究大纵坡隧道TBM掘进推力对管片结构的力学响应具有重要的工程意义。以重庆轨道交通9号线刘家台始发井—鲤鱼池站区间坡度为3.9%的复合式TBM隧道施工为例,采用基于荷载-结构法的隧道纵向梁-弹簧模型和数值模拟法,分析复合式TBM在大纵坡隧道掘进过程中不均匀千斤顶推力作用下产生的附加作用力特征,探究管片结构在附加作用力影响下内力分布规律及其变形的薄弱区域,以及管片结构变形甚至破坏的表征,从而寻求具体控制TBM施工掘进推力的有效措施。研究成果可为规范大纵坡隧道TBM施工中的推力分区和选值提供借鉴。     

大纵坡隧道复合式TBM掘进推力对管片结构的力学响应分析

TBM在进行大纵坡隧道上坡施工时的掘进推力控制不当,易造成管片错台、上浮甚至结构失稳等问题,因而研究大纵坡隧道TBM掘进推力对管片结构的力学响应具有重要的工程意义。本文以重庆轨道交通9号线刘家台始发井～鲤鱼池站区间坡度为3.9%的复合式TBM隧道施工为例,采用基于荷载-结构法的隧道纵向梁-弹簧模型和数值模拟法,分析了复合式TBM在大纵坡隧道掘进过程中不均匀千斤顶推力作用下产生的附加作用力特征,探究了管片结构在附加作用力影响下内力分布规律及其变形的薄弱区域,以及管片结构变形甚至破坏的表征,从而寻求具体控制TBM施工掘进推力的有效措施。研究成果可为规范大纵坡隧道TBM施工中的推力分区和选值提供借鉴。     

姿态偏转引起的复合地层双模盾构卡机事故

双模盾构在复合地层中掘进时,刀具损耗及异常磨损的频率提升,盾构掘进姿态难以控制。最终导致隧道开挖直径减小,引发卡机事故。为了分析盾构姿态偏转及扩挖间隙纵向非均匀分布对盾壳受力特征的影响,本文依托深圳地铁13号线白应区间,利用FLAC3D计算了盾构在掘进时所受的围岩压力,研究结果表明：(1)卡机断面处边滚刀发生了严重的磨损和偏磨,最大磨损量为25 mm。复合地层中掘进参数出现明显波动,盾构更易发生向上的偏转;(2)上软下硬复合地层中,盾壳上部所受的围岩压力较大,地层交界位置出现应力集中现象。盾构姿态偏转时,盾壳前端应力的增长相较盾尾更为显著。盾构向一侧偏转时,相应位置盾壳承受的法向应力增加;(3)盾构姿态向上偏转相较于向下偏转更易引起卡机事故。当偏转角大于±0.5°时,盾壳所受摩阻力迅速增加,在盾构掘进时应尽可能保证盾构处于水平,或小角度下倾姿态。     

不同坡度TBM隧道施工对开挖面稳定性的影响

近些年来TBM隧道施工被广泛应用于地铁隧道的建设中,由于线路规划需要和地形条件的限制,在一些特殊地段可采用纵坡隧道.TBM在迎坡掘进时,因为坡度的存在刀盘会与开挖面发生分离现象,导致开挖面前方岩土体在侧向土压力的作用下朝向刀盘移动,对开挖面稳定性造成不利影响.因此,以重庆轨道交通九号线刘家台站—鲤鱼池站迎坡段区间为依托,对大纵坡TBM隧道施工时引起的开挖面稳定性问题进行分析.采用数值模拟计算方法并结合现场实际工程项目,以隧道坡度作为变量设定多个模拟工况,分析了不同坡度值条件下开挖面处岩土体的应力变化规律及岩土体的横向、纵向、竖向变形规律,研究成果可为纵坡段TBM隧道施工时解决开挖面稳定性问题提供借鉴.     

盾构机刀盘与土体相互作用模拟分析

土压平衡盾构机的安全掘进施工主要依赖于盾构机刀盘与土体的相互作用,使得地表的变形得到有效控制。基于Rankine的土压力理论,研究了盾构机刀盘合理土压力的设置问题,模拟了盾构机刀盘与土体的相互作用。研究表明,仅从保证地表既不隆起又不沉陷的约束条件考虑,掘进工作面从主动土压力到被动土压力存在较大的范围。考虑到减少刀具磨损和节约能源问题,推荐理想的掘进工作面土压力为静止侧向土压力。     

科技与生态:不再是矛与盾——分享生态崇明的创新智慧

正当科技与生态在保护生态环境的前提下,造福人类,那么这两者矛与盾的关系便不存在了。1972年,《增长的极限》一书出版,主要作者德内拉·梅都斯在其著作中指出,如果资源消耗持续增长,那么地球的资源只够人类开采93年。尽管在正统经济学家看来,梅都斯的计算方法太过武断,没有根据。但是考虑到其背景——当时的西方国家正沉     

盾尾密封对盾构周边渗流场及正面稳定的影响

基于地下渗流基本方程,采用有限差分法对江底隧道盾构施工中产生的周边渗透力进行了分析,并推导了渗流条件下盾构正面稳定的判别公式.分析表明:隧道开挖后,隧道周边土层的孔隙水压力将重新分布,开挖面附近孔隙水压力等值线呈楔形体,隧道开挖面上孔隙水压力变化达到最大;而开挖面附近的总水头等值线围绕开挖面呈环形分布,渗透力的最大值出现在开挖面上及盾尾透水处.土中渗透力使隧道开挖面稳定性系数减小,但盾构压力舱内的泥水压力有利于隧道正面的稳定.分析还表明,如果盾构掘进过程中盾尾有透水现象,则整个盾构机将处于水头产生较大变化的范围之内,会导致极其严重的后果.     

软土地层大直径盾构出洞段加固土体的数值分析

软土地层中盾构法施工的盾构出洞段土体需要选择合适的加固技术进行处理,以满足施工稳定性的要求。采用三维数值计算方法,分别对冻结法、搅拌桩、搅拌桩+SMW工法加固条件下出洞段的加固土体进行分析,并对地层位移和应力进行比较,为施工时地层加固方法的选择提供理论依据。     

盾构法隧道信息化施工控制

依据软土盾构法隧道施工的基本原理，工程技术和工程经验，对盾构法隧道施工参数及监测信息进行了分解与分类处理，得到了施工参数中控制施工质量的关键因子及其对应的信息因子，并采用地层结构等分析模型，结合控制论方法，推导了它们之间的相关方程，在此基础上进一步提出的信息化控制方法中采用渐进递推方式，通过施工过程的动态跟踪，采集工程监控数据并对施工参数进行调整优化，指导全段施工过程，同时可以依据前步施工监测信息及施工参数的变化规律，推断下步施工工况及其对策，最后结合工程实例验证了模型的可靠性，为实现岩土工程的信息化控制提供了理论依据和方法。     

盾构隧道穿越铁路施工参数控制

盾构隧道穿越铁路时,地面沉降会对列车运行造成影响,因此控制施工参数、减小地面沉降尤为重要.研究分析了地铁隧道穿越铁路的现场试验数据,提出了影响地面沉降的几个施工参数,并选择几组不同的施工参数进行了现场模拟施工试验,最后通过分析模拟施工试验结果,得到了合理的施工参数.     

盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算

在广泛总结分析国内外关于地下工程结构抗震设计文献的基础上 ,从多自由度体系的动力平衡微分方程出发 ,采用时程分析法 ,计算盾构区间隧道衬砌结构的地震反应 .详细论述了近几年来逐步成熟和完善的一种数值积分方法———连续介质快速拉格朗日差分法 .讨论了土体材料的动力特性 .建立了盾构区间隧道抗震设计方法 ,并将其运用到广州地铁二号线赤岗—客村区间隧道的抗震设计中 .     

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

盾构智能化姿态控制器的设计

在理论推导千斤顶推力的基础上,寻求工程历史数据的规律,得出地质条件与盾构推进千斤顶压力的关系.在控制器实时控制中,根据探地雷达探测得到的盾构前方的地质条件,控制器预设盾构各区千斤顶的压力值.引入模糊控制理论,根据自动测量系统测得的实时偏差量,通过模糊控制器得出千斤顶纠偏控制量.最后,综合推估推力和纠偏推力,最终实现盾构推进姿态的自动控制.