复合地层下盾构掘进速度与掘进参数匹配关系研究

在盾构隧道施工过程中,为了有效提高掘进效率、保持开挖面稳定、减少刀具磨损,需根据实际地质情况,正确选择合适的掘进参数。文章以穗莞深城际轨道交通线隧道工程为背景,针对隧道工程所处复合地质的特点,采集并分析掘进参数,得到复合地层条件下掘进速度的非线性模型,进而分析得出在复合地层中掘进速度与掘进参数的相关性。研究结果表明,在复合地层中,掘进速度与总推力、贯入度、刀盘转速、刀盘扭矩之间存在非线性关系,且掘进速度与总推力、贯入度和刀盘转速成正比例关系;复合地层软土掘进建议采用低转速小推力组合,在复合地层软岩掘进中建议采用高转速大推力组合。研究结果可为复合地层下盾构掘进参数的设定提供参考,具有重要的工程价值。     

复合地层盾构掘进参数相关性分析及掘进速度预测

掘进速度预测对于提高复合地层盾构掘进施工效率具有重要作用。本文依托南京轨道交通工程复合地层区段现场盾构掘进数据,在盾构区间地层分区的基础上对主要掘进参数进行研究,分析各掘进参数与掘进速度之间的相关性。结果表明:地层越硬,刀盘转速、扭矩、推力均越大,土仓压力越小,软硬不均复合地层刀盘扭矩明显偏大;在复合地层中仍存在掘进速度与贯入度、螺旋输送机转速成正比关系,但掘进速度越大,刀盘扭矩和推力不一定越大。在复合地层中引入硬岩复合比作为回归参数,采用多元线性回归建立掘进速度预测模型,将相同区段预测掘进速度与实际掘进速度进行对比,以验证模型的的准确性和可信度。本文分析方法可为复合地层掘进施工提供指导。     

高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。     

复合地层盾构姿态纠偏与隧道成型质量控制

盾构法施工时盾构机的姿态控制是确保盾构法隧道成型质量的关键。盾构机在均一地层地质中掘进时盾构掘进控制较为容易,但在上软下硬的复合地层中掘进时容易出现刀具偏磨、地面沉降不易控制、盾构姿态纠偏困难等问题。本文依托盾构机在典型的上软下硬复合地层中遇到姿态出现向下纠偏困难的情况为背景,通过对地层地质、盾体姿态、盾构掘进参数及隧道管片成型姿态等数据进行综合分析,采取多种纠偏措施以及质量控制措施,使得盾构机姿态得以顺利完成纠偏且隧道质量得到良好控制的效果。此案例可为类似地下工程施工提供借鉴经验。     

武汉三阳路越江盾构复合地层 施工关键技术研究与应用

详细阐述武汉三阳路长江隧道工程越江盾构在粉细砂、泥岩与砾岩复合地层中所碰到的掘进困难和刀具 磨损严重的难题,通过对掘进困难、刀具磨损严重的原因分析,主要从盾构掘进参数、刀具配置、泥饼消除与防 治等方面着手进行研究与实践,形成武汉三阳路长江隧道复合地层盾构施工关键技术措施,从而解决粉细砂、泥 岩与砾岩复合地层盾构施工的难题,同时也提出后续同类工程的改进方法。     

软土地层盾构施工中掘进速度对地面沉降的影响分析

本文以杭州地铁1号线九九区间隧道盾构施工为工程背景,分析了盾构施工引发地面沉降的影响因素,结合现场实测数据对杭州地铁软土层盾构施工中掘进速度与地表沉降的变化规律进行研究,研究结果表明,在盾构施工参数已经设定的前提下,无论是单环掘进速度还是整体掘进速度,对地表沉降的影响最终取决于掘进速度变化幅度的大小,掘进速度变化幅度大,则沉降大,控制施工掘进速度的变化量可有效控制地表沉降.研究数据与成果可以为该方向的理论研究学者提供基础资料,同时可为隧道建设者提供借鉴.     

基于MIV-BP模型和AIC准则的盾构掘进参数优化研究

为解决水下隧道和隧洞工程盾构施工关键掘进参数在复合地层中难以控制的问题,以广东陆丰核电站1、2号机组排水隧洞工程盾构施工为背景,将平均影响值(Mean Impact Value,MIV)算法引入BP神经网络模型,筛选出对施工效果影响显著的关键掘进参数,在此基础上,基于AIC准则对其进行最优分布拟合,提出以50%和90%置信水平下的置信区间,分别作为掘进参数的控制区间和预警区间的掘进参数优化设计方案,并基于Python脚本语言自带的开源Scikit-Learn、SciPy模块库开发了相应的程序。分析结果表明,刀盘扭矩、总推力等参数对隧洞拱顶沉降起重要的控制作用,所开发程序具有良好的统计分析、快速指导施工的功能,可以为同类型盾构在相似复合地层下掘进参数的选取、优化和隧洞拱顶沉降量的控制提供参考。     

砂土液化地层盾构隧道加固设计研究

砂土液化地区盾构隧道后期运营沉降量大、管片病害多、维修难度高,采用有效的地面加固形式有利于减少盾构掘进期间地层损失、土体固结造成的地面沉降及盾构隧道运营期间的病害。以佛山地铁2号线工程为实例,基于连续介质模型的基本原理,简化建立地层-结构空间计算模型,计算分析盾构掘进时不同洞内加固及地面加固形式对地面沉降的影响规律,并通过现场监测数据进行验证。结果表明,当采用洞内加固及地面加固方案1时,能有效控制盾构掘进后管片的后期沉降,减少沉降率达60%及83%;在砂土液化地层洞内注浆时,注浆压力需控制在0.3～0.5MPa,注浆流量控制在10～15L/min。     

砂-黏复合地层盾构地表沉降分析及沉降槽宽度系数修正

以深圳地铁11号线宝安站—碧海站区间为工程背景,选择具有正态分布性质且能考虑沉降槽偏移的高斯峰值函数,对该段地表实测沉降数据进行曲线拟合,分析砂-黏复合地层条件下盾构掘进引起的地表沉降规律;并结合国内外沉降槽宽度系数的计算理论,提出砂-黏复合地层沉降槽宽度系数。结果表明:高斯峰值函数拟合的沉降槽曲线与砂-黏复合地层条件下的工程实际更为契合;通过选取合适的参数,可以运用日本学者竹山·乔公式对砂-黏复合地层地表最大沉降值进行预测,砂-黏复合地层地表最大沉降值随土的弹性模量的加权平均值的增大而减小;提出的砂-黏复合地层沉降槽宽度系数更能反映砂-黏复合地层特征,使沉降计算值更准确。     

复合地层盾构穿越机场诱发地层沉降计算及控制研究

依托南京轨道交通盾构施工穿越禄口机场段工程,针对上软下硬复合地层盾构施工诱发地层沉降及控制技术进行研究,建立穿越机场前试验段地层沉降初步预测的数值计算模型,通过现场监测数据进行模型参数调整,用于穿越机场时地层沉降的地表沉降的计算;并提出适用于上软下硬复合地层穿越重要建（构）筑物区间的施工控制技术。研究结果表明：隧道横向不均匀沉降影响范围在隧道两侧1．5D范围内;采用“欠土压推进”的模式,穿越重要构筑物区间时地面沉降可控制在允许的范围内。     

盾构隧道穿越上软下硬地层施工力学特性分析

上软下硬复合地层在盾构施工中常常造成盾构掘进姿态不佳及地表塌陷,严重时还可能导致管片局部出现破损。结合深圳地铁7号线穿越上软下硬地层的工程实例,采用数值模拟方法研究盾构隧道穿越上软下硬地层段("由软入硬"与"由硬入软")的施工力学特性,对地表及管片拱顶沉降、管片应力的变化规律进行分析,研究结果表明:盾构在穿越上软下硬交界地层过程中,地表沉降出现显著增大(增量最大可达1 cm),拱顶不均匀沉降的现象较为严重;对较软侧地层进行适当加固,可以有效减小上软下硬地层交界处的地表及管片拱顶沉降,同时能够降低"由软入硬"段管片的应力水平。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。     

土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响分析

以广佛环线沙堤隧道为工程依托,利用有限差分软件FLAC~(3D)研究了土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响,并结合现场实测数据分析盾构掘进过程中地表沉降和邻近建筑物变形的变化规律。结果表明:地表沉降与土压平衡盾构掘进参数密切相关,增大土舱压力与注浆压力可以减小地表的沉降,但掘进参数的调整存在合理范围,超合理值后过沉降的控制效果变化不明显;现场实测数据表明:土压平衡盾构施工引起的地表沉降及建筑物变形行为由前期扰动、通过扰动、停机影响、后期扰动4部分组成,其中停机对地表沉降影响很大,因此施工中需尽量避免停机并提前做好防范措施;实际采用的掘进参数仍有一定的调整空间,施工中应根据地层情况及时调整相关的掘进参数以减小施工影响。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

南京河西地区地铁盾构隧道不均匀沉降分析

依托实测资料,发现南京河西地区某盾构隧道已经形成多个不均匀沉降槽、地面沉降主要发生在软土层、2-4土体地下水位具有呈现正弦函数规律的季节性波动,通过构建的盾构隧道沉降计算公式及典型案例,解释了盾构隧道不均匀沉降是由不均匀分布的下卧软土与外部影响因素共同作用所造成,明确了地下水位的下降对盾构隧道沉降影响最为显著,外部基坑施工影响次之,地表堆载影响较少。     

浅埋微距双线土压平衡盾构水下始发分析

为了研究双线土压平衡盾构水下始发时的施工扰动行为,以广佛环线城际铁路沙堤隧道工程为背景,采用流固耦合分析方法,系统分析有无渗流作用下土压平衡盾构于河道中进行始发的施工响应和地层加固问题,并基于开挖面稳定系数的概念和方法对盾构始发过程中开挖面的稳定性进行分析与评价。研究结果表明,地下水渗流作用会大大增加开挖面失稳风险,引起地表发生较大沉降;始发加固作用可以有效减小地表沉降值,且可以减弱盾构掘进对加固区域外地层的超前扰动;基于开挖面稳定性系数的开挖面稳定性等级分析方法得到的开挖面稳定性分析结果与数值模拟结果基本一致,可以用于盾构隧道开挖面稳定性的分析和评估。