砂卵石地层泥水盾构掘进地表沉降规律及影响因素研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道首次在兰州粗粒径砂卵石地层中采用泥水平衡盾构法掘进,该区间全程穿越富水粗粒径砂卵石地层,需在富水砂卵石地层下穿黄河,地下水压力大,施工环境复杂,地表沉降控制难度大。以该区间泥水盾构掘进为研究对象,对泥水平衡盾构掘进引起的地表沉降规律进行理论及现场实测分析,结合盾构掘进参数的控制方式,分析此类粗粒径砂卵石地层掘进控制与地表沉降的关系。     

复杂环境下土压平衡盾构被动填仓换刀施工技术

洛阳地铁1号线盾构区间以稍密、中密富水砂卵石地层为主,盾构在全断面卵石地层掘进对刀具磨损较为严重,而在该地层中盾构保压尤为困难,采用常压换刀方法需根据地质情况、周边环境情况、管线情况、水位情况等进行综合判断,为解决洛阳地铁1号线丽青盾构区间连续长距离在全断面砂卵石地层下穿建(构)筑物情况下出现的不良工况,结合北京地铁、成都地铁类似地层处理方法,在刀盘、刀箱磨损严重的情况下,通过更换刀具类型,顺利完成了刀具更换恢复掘进,同时通过对盾构掘进过程中出现的问题、掘进参数的对比总结了富水砂卵石地层盾构选型适应性经验,可为今后在类似地层、类似问题提供借鉴。     

无水砂卵石地层盾构刀具磨损状态和规律的技术研究

本文介绍了北京地铁十号线二期17标火器营站～终点站区间及长春桥站～火器营站区间无水砂卵石地层盾构施工采取的措施.展示了无水砂卵石地层对盾构刀具的磨损情况,并讨论了刀具磨损的规律及刀具磨损与施工参数的关系.施工前对刀盘进行合理改进,施工中严格控制掘进参数,有效控制地表沉降、维持开挖面稳定,减小刀具磨损.最终使盾构顺利完成无水砂卵石地层施工,并对今后盾构在此类地层中施工提供借鉴.     

泥水平衡盾构穿越砂卵石地层时的施工控制

泥水平衡盾构因具有掘进效率高、适用地质范围广等优点成为了修建穿越河流隧道的主要方法,但在富水砂卵石地层中,泥水盾构施工仍面临着种种挑战,如开挖面稳定性差、易超挖和易上浮等问题。结合沈阳地铁10号线在砂卵石地层穿越浑河段盾构施工区间,对泥水平衡盾构施工过程中切口水压、泥浆指标、干砂量、掘进速度、刀盘扭矩等施工参数进行理论计算与实测分析。针对施工中的难点,总结了富水砂卵石地层过河段的泥水盾构在正面稳定、土体损失率和隧道上浮等方面的关键控制技术,为今后类似情况的泥水盾构穿河施工提供了一定参考。     

粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道采用泥水盾构穿越黄河粗粒径砂卵石地层,是中国下穿黄河的首条地铁盾构隧道。总结兰州地铁1号线泥水盾构下穿黄河的经验,以及高水压粗粒径砂卵石地层盾构机选型、盾构掘进参数设定、穿越黄河风险控制等方面的经验,对泥水盾构在粗粒径砂卵石地层下穿黄河的风险控制和国产盾构机的发展具有重要价值。研究结果表明:泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要,盾构推力、泥水压力、注浆压力与水压力密切相关;深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好,盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区;掘进以平衡水压力为主,采用Terzaghi塌落拱理论计算的泥水压力值更接近实际。     

无水砂卵石地层盾构刀具磨损的研究

介绍北京地铁10号线二期17标火器营站-终点站区间及长春桥站-火器营站区间无水砂卵石地层盾构施工采取的措施,展示了无水砂卵石地层对盾构刀具的磨损情况,讨论了刀具磨损的规律及刀具磨损与施工参数的关系。施工前对刀盘进行合理改进,施工中严格控制掘进参数,有效控制地表沉降、维持开挖面稳定,减小刀具磨损,最终使盾构顺利完成无水砂卵石地层施工,并对今后盾构在此类地层中施工提供借鉴。     

下穿黄河强透水砂卵石地层隧道施工参数研究

为优化水下盾构隧道施工参数设定问题,以兰州地铁1号线下穿黄河泥水平衡式盾构隧道工程为研究背景,针对其独特的强透水砂卵石地层条件,对水下盾构隧道穿越砂卵石地层施工参数进行统计分析.盾构施工参数相互联系、相互影响,施工时应综合考虑各参数的联动关系.为保证隧道开挖面土体稳定,施工时应适当提高盾构推力,保持切口泥水压力稳定,掘...     

全断面砂卵石地层盾构施工难点分析及对策

以北京地铁19号线一期工程新发地站～草桥站区间盾构隧道为背景,对土压平衡盾构全断面穿越砂卵石地层面临的刀盘刀具磨损、开挖面稳定性、地表沉降及掘进参数控制等施工难点进行了分析,从盾构选型、关键施工参数设定和渣土改良等方面提出了相应的解决措施,并通过试验段掘进及地面沉降监测,验证了施工措施的有效性,可以为全断面砂卵石地层长距离盾构施工提供技术支撑和工程借鉴。     

北京砂卵石地层盾构机刀盘磨耗分析及工程措施

减小盾构机刀具磨损是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施,对于砂卵石地层该项工作尤其受到重视。本文以北京地铁10号线石榴庄路到大红门区间盾构隧道施工为背景,依据刀盘的实际磨损情况,对盾构刀盘在砂卵石地层施工时导致刀具、刀盘磨损的因素进行了分析,给出了提高盾构刀盘耐用性的工程措施,为城市地铁盾构机长距离掘进施工提供了经验。     

灰岩富水岩溶地层下双模盾构施工技术

为避免富水岩溶复合灰岩地层中盾构掘进导致喷水涌砂、地层塌陷等施工风险,依托于广州市某地铁区间工程,从溶洞处理、盾构选型、施工管控处治等方面对与此地层相配套的双模盾构施工方案与技术进行研究。研究表明：对溶洞注浆预处理可有效提高富水岩溶地层的稳定性;串联式泥水/土压平衡双模盾构对此类地层适应性较好,可解决岩块滞排问题;严格执行掘进控制和适当改造设备,有利于保证复合地层中的正常掘进施工。     

富水砂卵石地层地铁盾构施工若干问题及对策

成都地铁工程大规模穿越市域富水砂卵石地层,该地层具有地下水位高、卵漂石含量高和卵石强度高等“三高”特点。一号线前期大量出现刀盘刀具磨耗严重、换刀频繁、带压换刀失效、刀盘结泥饼等现象,严重制约了盾构的掘进效率。在回顾成都地铁一号线一期工程前期盾构选型和施工的若干问题的基础上,提出并总结了富水砂卵石地层盾构选型和配置的一些具体对策,包括:树立“排出为主,破碎为辅”的地层处治理念,调整刀盘和螺旋出土器的结构型式、刀盘开口率、刀具布置型式,改进同步注浆浆液配比,优化泡沫系统和搅拌系统,改进碴土改良系统等。成都地铁一号线一期工程中后期以及二号线一期工程的施工实践表明:以上调整是有效的,盾构换刀距离和盾构施工平均月进度都获得了显著提高。     

砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究

成都地铁区间盾构隧道所处地层主要为典型富水砂卵石地层,盾构施工引起的地层损失在地下水、地面荷载等影响下很容易形成滞后沉降,导致地表发生塌陷。针对成都地铁1号线一期工程建设经验,总结了砂卵石地层滞后沉降形成的原因,同时,采用颗粒分析软件PFC^2D,从细观层面对砂卵石地层中滞后沉降的发展形成过程进行模拟,分析隧道埋深、地层空洞位置等因素对滞后沉降的影响。研究表明,砂卵石地层的特殊工程地质性质是滞后沉降形成的根本原因,盾构施工工艺是关键影响因素。细观研究表明,地层损失导致在隧道两侧上方约45°方向出现两条破碎带,形成三角形的松散区域,洞周地层应力发生显著变化。隧道埋深直接影响滞后沉降是否发生,地层空洞方位对滞后沉降的发生区域有重要影响。     

上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1)开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2)当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3)开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

盾构穿越铁路安全施工技术

盾构施工穿越铁路时,地面沉降和盾构推力等会对列车运行造成影响,因此控制安全施工尤为重要。结合北京地铁4号线穿越京山铁路工程,对砂卵石地层土压平衡盾构穿越采用高压旋喷桩加固技术,并利用盾构参数控制技术,对京山铁路运营期进行监测确保安全施工,规避风险。     

砂卵石地层圆形隧道施工引起的土体移动特征

采用室内模型试验研究了不同地层损失率下的地表沉降及地中位移分布,揭示了砂卵石地层圆形隧道施工地层损失引起的土体移动特性及传播机制。试验结果表明:不同地层损失下地表沉降槽同样具有高斯分布函数形态特征,距隧道中心线1D范围为地层沉降的主要区域,该区域沉降受地层损失的影响最大;水平位移量值较大,最大水平位移出现在隧道左侧拱肩斜向上至地表的区域;地层颗粒的移动方向总体指向地层损失产生区域,同时受地层损失的大小、形态及分布特征等因素的影响;地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而缓慢增大。研究表明,不同地层损失下土体的松动、塌落及重新固结是砂卵石地层位移的主要原因,由于地层损失导致砂卵石地层物性参数的改变和颗粒在水平方向的移动和填充作用,使得地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而改变。     

复合地层条件下盾构选型的风险分析

以广州复合地层条件下的盾构选型为例,从刀盘刀具对地层的适应性、盾构掘进模式及其工作参数选择出发,分析复合地层条件下采用盾构法施工时,盾构机选型的风险.结果表明,盾构机选型是复杂地层条件下地铁隧道施工的一项重要风险因素,并给出盾构在复合地层中掘进时的选型建议,可为类似工程条件下盾构机选型提供参考.     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动.研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因.     

砂卵石地层土压力平衡盾构施工开挖面稳定及邻近建筑物影响模型试验研究

盾构技术在砂卵石地层中应用越来越多,砂卵石地层具有很强的不确定性特征,盾构施工的关键问题之一是保持开挖面稳定性及减小地面沉降。利用土压平衡盾构模型,研究北京砂卵石地层中不同埋深时邻近建筑物影响下的开挖面稳定性及地表沉降规律。试验中,分析柔性基础邻近建筑物及埋深对开挖面极限支护力和地表沉降的影响,揭示开挖面稳定性、土拱效应与极限支护力及地表沉降的关系。在邻近建筑物影响下,砂卵石地层中的支护压力呈非对称分布,且砂卵石地层中盾构推进引起的沉降值大于基于Peck公式的计算值,研究成果对砂卵石地层中盾构施工有重要的指导意义。     

砂卵石地层冻结法施工融沉效应研究

本文针对富水砂卵石地层联络通道应用冻结法进行施工时的融沉特性进行研究,在数值模拟软件ANSYS中采用间接法进行热力耦合计算,模拟地铁联络通道冻结法施工的全过程,探讨富水砂卵石地层融沉阶段地表变形、双线隧道管片及联络通道结构的变形与受力特性,为实际工程施工提供有效的参考与建议。结果表明:随着砂卵石地层的逐渐解冻,地表沉降呈逐渐增大的趋势,但砂卵石地层的融沉效应小,融沉变形仅有1.85 mm;管片和联络通道结构的沉降变形值随砂卵石地层的解冻逐渐增大,在此过程中管片和联络通道结构的拉应力减小,压应力增大;实际施工中,应该重点监测管片结构在与联络通道结构连接处顶部的沉降变形、底部的受压情况以及联络通道结构底板处的沉降变形和受压情况。