复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数

土压平衡盾构在复合地层中掘进时常出现推力和扭矩波动幅度过大的问题,为了研究盾构机在复合地层中刀盘受力特点,基于扩展模型建立了不同类型全刀盘掘土数值模型,研究了全刀盘Mises应力以及推力和扭矩的变化规律,验证了数值计算结果的合理性。基于室内土压平衡盾构掘进试验,研究了盾构机掘进参数在不同地层中的变化规律。研究结果表明,随着刀盘推进深度增加,各类刀盘Mises应力最大值呈增加的趋势。各类地层全刀盘掘进模型的推力及扭矩计算误差均未超过10%,利用扩展Drucker-Prager模型所建立的全刀盘掘进模型是合理的。土压平衡盾构掘进模型试验表明,随着中风化泥质粉砂岩地层占比逐渐增大,盾构机推力有增大的趋势;盾构刀盘扭矩先增大后减小,最后趋于稳定;出土器扭矩变化不明显。整个推进过程中盾构机推力变化范围为6.0～7.7 kN,扭矩变化范围为773.4～1 195.8 N·m,出土器扭矩变化范围为32.5～104 N·m。     

苏州市轨道交通3号线重叠隧道盾构掘进参数控制值研究

依托苏州市轨道交通3号线土建Ⅲ-TS-14标现娄区间重叠隧道工程特点,详细介绍了管片衬砌结构设计和施工组织技术,选取重叠段中间50环管片对应的盾构掘进参数进行了统计分析,包括掘进速度、同步注浆压力与注浆量、土舱压力、盾构推力与扭矩、刀盘转速、出土量、二次注浆压力与注浆量,解决了软土重叠隧道盾构掘进参数控制值问题,为今后类似工程提供技术指导。     

基于神经模糊推理系统的盾构施工地表沉降预测

盾构隧道施工引起的地表沉降,主要受盾构掘进参数和地层条件的影响,且各参数间关系复杂.已有地表沉降预测方法大都没有直接考虑掘进参数的影响,难以满足盾构快速施工超前预测预报和环境影响控制的需求.自适应神经模糊推理系统(ANFIS)是一种基于神经网络的模糊类智能模型,通过减法聚类数据细分技术自动生成模糊规则,使网络的节点和权值具有明确的物理意义,集成了神经网络数据自适应能力和模糊系统知识表达性能,特别适合于多元非线性系统的预测预报.结合北京地铁14号线东风北桥站至京顺路站区段工程实测数据,选取埋深、洞顶覆土标贯值、土仓压力、推进速度、刀盘转速、扭矩、盾构推力,以及同步注浆量为输入变量,建立了地表最大沉降量预测模型.计算结果表明,该模型计算量小,泛化能力强,计算精度高.研究成果为盾构施工地表沉降预测预报提供了新的技术方案.     

土压平衡式盾构掘进顶推力和刀盘扭矩理论研究

利用盾构技术对隧道工程进行掘进施工时,盾构的顶推力和刀盘力矩的大小是控制隧道掘进的两个重要参数,将直接影响掘进过程的难易程度和时间进度。基于土压平衡盾构的原理,运用数学方法和力学平衡法,从理论上分析研究盾构刀盘力矩和顶推力的影响因素,并进行理论推导和计算,根据依托工程的实测值,对比分析顶推力和刀盘扭矩理论计算值与实测值的差异,验证了理论推导和计算结果的正确性,为盾构技术的进一步发展提供理论参考。     

地形不对称条件下盾构隧道掘进施工的地表沉降特性

为解决盾构隧道掘进施工的地层扰动效应及其周边环境影响问题，依托福州地铁5号线农洪区间隧道工程，考虑刀盘顶推力、刀盘摩阻力、盾壳摩擦力和同步注浆压力，对其掘进施工过程展开精细化数值模拟，并与实测地表沉降结果进行对比分析.进一步地，引入宽度修正系数α,提出沿江不对称地形条件下的修正Peck公式；同时开展16种不同地形条件下的数值模拟，探讨岸坡距离与拱顶埋深对地表沉降特性的影响.结果表明：最大地表沉降S_max和宽度修正系数α,均随着岸坡距离和拱顶埋深的增大，呈近似线性的负相关趋势.上述研究可为类似条件下的盾构隧道施工提供借鉴.     

花岗岩球状风化发育区盾构施工特点分析

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的盾构施工。基于华南地区花岗岩球状发育区盾构施工工程案例,分析了在这一特殊地质环境下盾构施工在盾构机选型和盾构推进过程中参数控制相关问题,提出花岗岩球状风化体发育区盾构施工应合理选择盾构机,在孤石地层掘进时应控制掘进速度、刀盘扭矩、盾构机的推力,刀盘的贯入量以及刀盘的转速等施工参数,做到平稳掘进,减少对地层的扰动。     

软土区盾构刀盘扭矩分析及对地表变形影响

依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,提出适合杭州软土地区的土压平衡盾构机刀盘扭矩计算方法,并进行盾构掘进时地表变形与刀盘扭矩的相关性影响现场试验。研究结果表明:软土区刀盘扭矩可由7个计算影响因子组成,计算得到的理论最大扭矩与实测最大扭矩相差10%,吻合度较高;开挖面正上方的瞬时隆沉和刀盘扭矩与单环排土量的比值M呈正相关,即在扭矩一定的情况下,地表变形随着单环排土量的减少逐渐由沉降转变为隆起。     

土压平衡盾构中顶进推力的计算分析

针对土压平衡盾构开挖过程中顶进推力难以确定的问题。采用理论计算与数值拟合相结合的方法,计算土仓和掘进面的等效压力,从而推导出隧道开挖所需的顶进推力。以实际工程为背景,利用ABAQUS在该顶进推力作用下地表沉降规律。结果表明:①该土仓与掘进面压力的计算方法适用于卵石地层;②盾构推进力为110 000 N时,开挖较为稳定;③监测与模拟的地表沉降值较为接近,两者之差小于2 mm。该研究对卵石地层中的盾构开挖具有一定的指导意义。     

砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈

随着地铁建设的蓬勃发展,土压平衡盾构机在全国得到了较为广泛的应用,但伴随而来的却是盾构掘进过程中遇到的地质情况越来越复杂,如果土压平衡盾构施工过程中不能进行很好的控制,极可能对周边环境产生较大影响,造成严重的后果和不良社会影响。兰州轨道1号线土门墩~西客站区间在掘进施工过程中采用"泡沫剂+膨润土+保压"掘进技术,有效地解决了盾构掘进过程中造成地表及建构筑物沉降过大、刀盘及螺旋机卡死、刀具磨损过大、刀盘扭矩及盾构机推力过大等问题,确保了该区间一次性顺利完成掘进,取得了良好的经济和社会效益。     

软硬不均地层对盾构刀盘受力计算方法与分析

盾构掘进软硬不均地层过程中刀盘承受偏载、应力集中等非均布荷载，引起刀盘局部损伤、刀具异常磨损等问题，特别是超大直径刀盘受力不均现象更加显著。针对上述问题，重点考虑软硬不均地层承载力容许值、面积比两个主要特征变量，提出了一种盾构掘进软硬不均地层的刀盘受力计算方法。依托某超大直径盾构隧道工程，利用该方法计算出软硬不均地层对刀盘作用力，结合数值仿真方法进一步得到刀盘整体应力与应变分布规律，进而提出了刀盘过载的刀盘总推力合理值。该计算方法不仅反映了软硬不均地层与刀盘刀具耦合作用特征，而且方便进一步计算刀盘整体应力与应变分布情况，确定刀盘推力，避免刀盘局部受力过大。     

盾构穿越特殊地层掘进施工技术应用分析

针对郑州地铁2号线盾构法掘进施工过程中遇到的大量的姜石和胶结层,造成盾构机掘进迟缓、刀盘易"结饼"、扭矩增大等变化.从盾构机流体部分、电气部分、刀盘及回转接头等方面提出了改良措施,并对改良后的盾构机掘进速度、刀盘扭矩、总推力等参数和之前的数据进行拟合,分析改良效果.由于掘进隧道相邻既有建筑物,在进行路面沉降动态监测的过程中考虑了遮拦效应的影响,以保证施工的准确及安全性.这些改良措施提高了土体的流塑性,保证了土压平衡的建立,土体进入及排出土舱速度得到有效缓解,有效降低了刀盘的扭矩,而且刀盘扭矩的变化幅度也逐渐趋于平缓,避免了刀盘扭矩过大超过额定扭矩及刀盘"结饼"等现象.     

砂土-灰岩地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力计算模型

泥水平衡盾构机在上软下硬的砂土-灰岩复合地层中掘进,掘进参数的确定难度较大。在均一地层中,砂土地层中掘进参数的计算包括泥水舱压力和总推力,灰岩层中由于岩体自稳性好,因此只需考虑总推力即可。基于太沙基松弛土压力理论推导均一地层中泥水舱压力和总推力的计算模型,以均一地层的计算模型为基础推导出砂土-灰岩复合地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力的计算模型,并结合实际工程验证了模型的正确性。研究成果可为盾构机在复合地层的施工参数确定提供新思路,并为后续类似工程提供参考。     

盾构切削复合地基对既有房屋的影响

截止目前,国内外尚无盾构切群桩复合地基斜向下穿条形基础砌体房屋的实际工程,为了探究整个切桩过程房屋沉降分布特征及变化规律,并为今后越来越多的类似工程的理论分析、设计计算和施工参数调整提供依据,本文依托郑州地铁5号线隧道工程,对盾构切群桩复合地基全过程中的房屋沉降数据和施工参数进行了分析,并给出了相应变形控制措施与建议。研究初步表明,在距离开始切桩位置约3.9倍隧道外径,以及盾尾脱离复合地基加固后约5.8倍隧道外径的范围内,盾构施工会对房屋沉降产生较大影响。房屋累计沉降最大值会出现在房屋与隧道轴线交叉点附近。盾构切桩下穿时,稳定土仓压力、增大同步注浆量、提高刀盘转速,盾尾脱离房屋后,不应大幅度调整施工参数,适当增大刀盘压力和千斤顶推力,保持刀盘扭矩、刀盘转速、同步注浆量和掘进速度不变,更有利于控制房屋沉降。     

长沙地铁1号线盾构掘进参数对地表沉降影响分析

为了研究长沙地铁施工中土压平衡盾构掘进参数对地表沉降的影响,本文基于长沙地铁1号线北辰三角洲站~开福寺站盾构区间隧道工程实例,统计了土压平衡式盾构在该区间段的部分掘进参数,并初步分析了参数之间的关系,进而通过数值模拟的方法分别探讨了地层种类、掘进压力、盾尾注浆压力等不同施工工况下的地表沉降响应.研究结果表明:测点沉降值随着隧道范围内圆砾或卵石成份含量增多而增大,但增大趋势总体上在减小;掘进压力对地表沉降的影响小,但地表隆起值与掘进压力成正相关,当掘进压力超过0.3MPa后,隆起的幅度急剧增大;盾尾注浆压力提高1倍,地表沉降可减少10%以上,但过高压力值反而会引起管片应力急剧增大.     

基于计算流体动力学的盾构刀盘开挖面土体分析

针对土压平衡盾构掘进过程中土体、刀盘及土舱控制等复杂的耦合作用关系,利用经改良的切削渣土的"塑性流变状态",建立了包括土体、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,研究了刀盘开口率和埋深等因素对刀盘开挖面土体压力及速度分布规律的影响.建立了土体压力及其速度分布的拟合数学模型,揭示了刀盘拓扑结构特征对掘进过程的重要影响.利用实际工程掘进数据对比验证了CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,可对高效、稳定掘进的刀盘拓扑结构的优化设计提供分析支持.     

盾构长距离下穿铁路股道引起的地表沉降分析

以天津津滨轻轨天津站至七经路站的盾构施工区间工程为对象,对多条铁路轨道下,盾构长距离推进过程中引起的地表变形进行了三维有限元数值模拟,根据模拟结果分析了盾构施工导致沿盾构方向和垂直于盾构方向的地表沉降量,总结了盾构施工各阶段发生的地表沉降变化规律;研究了盾构掘进对地表的扰动范围;模拟和分析了不同工况下盾构施工引起的地表沉降差异.结果表明,数值计算的地表最大沉降量在18~20 mm,与其监测值较吻合,注浆量对地表沉降的影响比注浆压力和土舱压力显著.
     

富水砂层地铁区间隧道盾构掘进参数分析

依托哈尔滨轨道交通2号线一期工程耿家站至龙川路站区间的施工情况,对富水砂层盾构隧道开挖过程中的相关掘进参数进行分析。结果表明,盾构机主推力控制范围为10～18 MN,刀盘转速约为1.3 r/min,刀盘扭矩为2～4 MN·m。掘进速度保持在40～70 mm/min范围内,此时土压力主要为0.1～0.2 MPa,平均出土量约为43 m~3。采用太沙基理论对土压力进行计算,计算值验证了土压力监测结果的准确性。     

兰州地铁富水砂卵石地层土压平衡盾构施工关键技术

兰州地铁盾构掘进施工穿越富水砂卵石地层对盾构掘进施工产生不利影响,在具体施工过程中容易造成刀具磨损程度高、刀盘及螺旋机容易卡死、土仓渣土极易板结、地表沉降控制难度大等难题,不仅对项目产生较大的经济损失,而且还严重影响工期进度,处理不当时极有可能对周边环境产生较大影响,造成严重的后果和不良社会影响,通过借鉴成都地铁施工经验和相关文献,结合兰州地铁施工具体情况,不断优化盾构掘进参数,将施工影响降低到安全警戒范围之内,通过总结,提出富水砂卵石地层盾构掘进参数控制参考值,希望能对此类地质情况下土压平衡盾构施工有所帮助。     

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构地表沉降预测

为研究地层参数和盾构掘进参数与地表沉降的非线性关联性,依托南京地铁6号线盾构区间,采用人工蜂群算法ABC优化BP神经网络,建立可预测地表沉降的ABC-BP神经网络模型。连续3个断面地表沉降预测结果表明:ABC-BP神经网络的预测精度和预测稳定性优于BP神经网络,且预测值与实测值一致；ABC-BP神经网络可较为准确地反映盾构机接近监测断面过程中的地表变形演变规律,最终实现地表变形控制的目的。提出了ABC-BP神经网络现场应用思路,构建了地层-掘进参数-沉降的关系,进而通过地层参数直接实现对盾构掘进参数和地表变形控制。     

EPB盾构开挖面稳定性的PFC-FLAC耦合分析

基于离散元-有限差分(PFC-FLAC)多尺度耦合分析方法模拟盾构掘进的动态过程,根据开挖面土体颗粒进入土舱的速度状态提出了一种土压平衡(EPB)盾构开挖面稳定性评价方法.通过建立刀盘切削和出渣过程的盾构隧道掘进耦合模型,分析了不同掘进模式和不同地层条件下开挖面的稳定性,并结合实际工程进行验证.结果表明:离散元与有限元耦合方案可以有效地模拟盾构渣土进出舱过程中的细观力学行为;地层因素对掘进模式选择影响较大,砂层或上软下硬地层中保持满舱或3/4舱模式掘进时能更好地控制开挖面稳定;在全断面粉砂地层和上部中砂下部风化岩地层中,开挖面失稳的临界支护压力比分别为0.41与0.29;在恒定排土条件下,掘进速度对开挖面稳定性影响较大.