富水圆砾地层土压平衡盾构掘进参数优化研究

如今盾构法施工在地铁建设中已得到广泛应用,砂卵石、软土等地层的盾构施工技术日趋成熟,而富水圆砾地层的盾构施工技术研究较匮乏。本文依托南宁轨道交通2号线三十三中~苏卢站盾构掘进区间,对富水圆砾地层段和圆砾泥岩复合地层段土压平衡盾构掘进参数进行对比分析,并对圆砾地层土仓压力取值范围的计算方法进行讨论。研究结果表明,圆砾地层掘进参数波动幅度较小,其中,盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力三者存在相似的变化趋势,土仓压力则有所增长。复合地层中掘进参数中盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力波动幅度更明显,但土仓压力基本保持稳定。采用Terzaghi松动土压力或静止土压力计算值作为圆砾地层土仓压力取值上限更为合理。三苏区间采用的掘进参数对地表沉降基本控制在5mm以内,对圆砾地层盾构施工具有借鉴意义。     

超大直径盾构下穿棚户区沉降控制技术研究

超大直径盾构下穿老旧棚户区微扰动施工控制是地下工程实践中面临的重要难题。本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站区间盾构下穿棚户区项目为工程背景,首先对提出全断面粉细砂层注浆加固工艺并进行浆液配比实验给出最佳浆液配比,并对盾构施工过程进行实时监测监控,根据工程具体情况对盾构机下穿掘进参数进行分析,最后提出超大直径泥水盾构穿越棚户区施工的控制措施。研究结果表明:袖阀管注浆加固工艺对超大直径盾构下穿的老旧棚户区具有较好的保护作用,现场试验确定最佳水灰配比为0.8∶ 1;盾构穿越过程中地表沉降纵向变化呈近似U型分布,横向变形出现明显沉降槽,加固棚户区老旧结构基础最大隆起值为15 mm,建筑结构整体先隆起后减弱,且沉降值控制在15 mm以内;盾构机总推力和刀盘扭矩、盾构机总推力和土舱压力、出土率和土舱压力具有变化规律一致性。研究结果为揭示超大直径盾构下穿老旧棚户区施工过程对地层和地面建筑结构的影响规律提供参考和依据。     

四线并行盾构隧道下穿火车站股道沉降特征研究

为了探究南宁地铁1,2号线四线并行盾构下穿火车站股道的沉降特征,建立基于叠加技术的Peck公式。利用Peck公式,分别计算每条隧道引起股道附加沉降,叠加各条曲线得到的沉降槽作为四线并行盾构掘进引起的股道总沉降,并分析2号线盾构施工沉降超限的原因。结果表明:叠加技术能够应用于四线盾构隧道引起股道沉降的计算,叠加得到的总沉降与自动化监测的结果基本一致,后行隧道引起的附加沉降槽的轴线向四线隧道中线发生偏移,但总的沉降槽轴线处于四线隧道中线处;给出富水圆砾地层中盾构推进导致地表沉降槽宽度系数范围,建议四线并行盾构隧道下穿重要风险源时,地层损失率控制在0.4%以内;泥岩的存在导致了2号线盾构在穿越13股道和11股道时发生沉降超限,合理提高开挖面泥水压力并减小压力波动,减缓盾构掘进速度并适当提高注浆压力是控制沉降的关键。     

富水圆砾地层盾构下穿火车站股道沉降控制技术研究

盾构下穿运营中的铁路股道对沉降控制有着更高的要求,南宁地铁1号线盾构下穿南宁火车站股道面临富水强渗透圆砾地层的挑战。首先介绍穿越火车站股道的沉降控制措施;接下来利用三维有限元分析软件MIDAS/GTS建立盾构穿越施工分步开挖的数值模型,讨论富水圆砾地层中等代层参数的取值,研究穿越过程中股道沉降变化规律,并对后续2号线穿越施工进行预测,在此基础上确定沉降控制指标;布设基于静力水准系统的沉降自动化监测系统,实现对盾构开挖引起的股道沉降的实时监控,并借助即时通讯工具实现穿越施工中信息的实时交互,通过调整工作仓泥水压力以减小沉降来说明基于自动化监测的微扰动施工控制机制。数值模拟和现场实测结果表明:盾构穿越火车站股道采用预加固措施是十分必要的,富水圆砾地层中采用桩筏基础加固能够满足沉降控制要求;在盾构穿越前利用三维数值仿真,能够模拟盾构穿越股道的沉降变化规律,有利于确定沉降监测范围和控制指标;利用远程自动化监控结合即时通讯平台,可以实现监测信息的实施自动化发布,将平台纳入到施工管理体系中,能够实现盾构穿越重要建构筑物的微扰动施工控制。     

浅谈盾构机短距下穿既有线沉降工艺控制

盾构隧道下穿既有运营隧道时,将对既有隧道产生扰动,威胁着既有隧道的运营安全。针对土压平衡盾构下穿施工展开研究,探索粉质粘土地层盾构下穿施工中土仓压力、掘进推力、刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度、同步注浆量、同步注浆压力、出土量、盾构机姿态等施工参数的优化方法,提出适用于粉质粘土地层盾构下穿施工参数,形成盾构短距下穿既有运营隧道沉降控制技术,为西安地铁乃至西北地区盾构隧道下穿施工提供参考和借鉴。     

圆砾地层双线盾构施工参数及沉降特征分析

以南宁地铁一号线广白区间盾构施工为背景,采用有限元软件对双线盾构施工过程进行了全过程模拟,并通过与实测数据的对比分析,揭示了圆砾地层双线盾构施工的地表沉降特征,及不同开挖面压力、注浆参数对地表沉降的影响,并对施工提供了一些建议。分析表明,圆砾地层中施工对周围土体的扰动更为明显,使得左右线隧道施工相互影响更大;当开挖面压力减小较多时,开挖引起的地表竖向位移影响范围明显增大,施工中应在理论计算和经验的基础上适当增大开挖面压力,尽量避免开挖面压力过小或者失压;增大注浆层刚度对减小沉降值作用非常明显,在地表沉降控制要求严格的区段,应适当增加注浆压力,并保证注浆量,必要时应进行二次补注浆。     

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。     

孤石发育地层盾构下穿房屋关键技术研究

镇龙南站~镇龙站左线区间出镇龙南站之后下穿多栋房屋,房屋主要为2~5层砖混结构民宅。盾构下穿房屋段隧道范围地层以花岗岩残积土及全风化花岗岩为主,存在大量孤石,在掘进过程中存在刀盘损伤、掘进参数的波动、地面建筑不均匀沉降等风险,给施工带来一系列的挑战。针对房屋对变形敏感及孤石对掘进的不良影响,对土仓压力、刀盘扭矩、螺旋机输送速度、推力等掘进参数加以控制,辅以地面袖阀管注浆加固手段,保障土压平衡盾构机在孤石地层顺利下穿房屋,节约了大量成本。     

盾构隧道下穿既有线路的影响效应分析

以广州轨道交通某区间下穿城市公路及桥梁工程为背景,通过现场监测数据和数值模拟手段,对注浆加固前后地层的沉降情况和桥桩的变形规律进行研究。结果表明:盾构施工引起的路基与桥桩最大沉降发生在隧道开挖上方且略滞后于开挖进度;采用袖阀管注浆不仅可以有效降低结构沉降、减小沉降影响范围,还可以抑制由地层应力释放引起的管片上浮;确定了线路两侧20 m为盾构施工重点监测区域;明确了下穿施工掘进速度、出土量及注浆量的变化范围。通过本项目下穿影响效应的分析,力求为今后的设计施工提供参考。     

Ф14.93m泥水平衡盾构穿越乙烯管施工技术研究

以虹梅南路~金海路通道西线隧道为工程背景,从切口压力、掘进速度与盾构姿态、盾构推力与刀盘扭矩、注浆压力与注浆量、进排泥流量和泥水指标等参数管理和现场监测等方面,探讨了Ф14.93m泥水平衡盾构穿越Φ273mm乙烯管沉降控制施工技术,为类似工程提供了参考。     

大盾构隧道施工对周边敏感性建筑物的影响研究

依托南京地铁十号线TA03标大直径盾构隧道工程,通过数值模拟研究与工程实测在大直径盾构推进过程中施工参数的改变对周边敏感性建筑物的影响规律。研究结果表明:建筑物的沉降量随注浆浆体弹性模量的增大而减小,适当加大浆体的弹性模量有利于建筑物的保护;注浆压力在一定范围内的变化会对周边敏感性建筑物产生较大影响,当注浆压力超出一定额度时,建筑物的竖向位移以及差异沉降量趋于稳定,不会再随着注浆压力的增大而变化;盾构机推进力对盾构机后方建筑物的沉降影响甚微,当盾构机临近时,盾构机前方建筑物竖向位移量会随着推力的增大而减小,但变化幅度不明显。研究结果对控制因盾构隧道施工引起的周边敏感性建筑物沉降有重要意义。     

土压平衡盾构在砂卵石地层长距离穿越河流施工关键技术

从盾构机的改造,浆液配比试验,渣土改良等几个方面论述了土压平衡盾构隧道长距离穿越砂卵石地层并穿越河流的施工技术。在试掘进阶段对盾构掘进主要控制参数包括推进速度、刀盘推力、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆参数等进行了调整。在掘进过程中严格按照试掘进阶段的参数执行。实施效果表明,完全达到了刀盘刀具的耐磨性要求,保证了盾构机在砂卵石地层中长距离穿越河流的安全。     

土压平衡盾构机非保压施工技术与应用

以沈阳地铁2号线13标区间盾构隧道掘进为背景,研究分析了土压平衡盾构机在富水的粉细砂、中粗砂和卵砾石复杂地层中盾构掘进,提出了在该地层中盾构机非保压的掘进模式。通过多个盾构施工实例证明采用该模式掘进既可以减少刀盘和刀具的较大磨损,降低总推力和扭矩,避免中途换刀,又可以保证盾构正常安全地施工,该盾构掘进模式可供类似工程借鉴。     

盾构隧道微扰动施工控制技术体系及其应用

为控制盾构隧道施工对周边建（构）筑物（群）的扰动影响,确保施工沿线的建（构）筑物（群）处于良好的服务状态,建立了盾构隧道的微扰动施工控制技术体系,该技术体系由施工前的查勘预测与抉择、施工过程中的监控量测与反馈控制和施工结束后的长期预测与控制三部分构成。施工前的查勘预测与抉择是基础,包括周边环境与场地的查勘、微扰动指标的制定、辅助保护措施的抉择及施工前的扰动预测等内容;施工过程中的监控量测与反馈控制是核心,由监控量测和动态反馈控制构成;施工结束后的长期预测与控制是延伸,是验证施工扰动程度和控制施工工后沉降的关键,在流变现象严重的地区尤为重要。微扰动施工控制技术体系在上海轨道交通11号线下穿越重要历史建筑物工程和10号线下穿越机场跑道工程中的成功应用,表明了该技术体系的正确性和重要性,为今后盾构隧道下穿越工程的施工控制提供了借鉴和参考。     

砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究

土压平衡式盾构机在穿越流塑性差、渗透系数大的砂土地层时容易对隧道周围土体产生扰动,导致地表沉降不易控制和作用在衬砌结构上的土压力发生改变。针对地铁盾构隧道穿越砂土地层引起的地层扰动,采用一种能完全反映盾构隧道动态施工全过程的分析方法尤为重要。以城市地铁盾构区间隧道施工采用的土压平衡式盾构机为原型,研制 800 mm土压平衡式模型盾构机,该机主要包括推进机构、掘削机构和出土机构,能实现盾构始发、刀盘切削、螺旋出土、管片拼装等主要功能,以此开展砂土地层中盾构施工的室内掘进试验。试验过程中对盾构掘进引起的地层沉降及衬砌结构上的土压力进行量测,分析地层沉降形态和衬砌结构上土压力的分布形态,同时将试验结果同理论计算、数值分析及现场资料进行对比。研究结果表明,土体性状和盾尾注浆对地层沉降具有重要影响,地层损失是地层发生沉降的主要原因。未注浆情况下盾尾脱环引起的地表沉降值占总沉降值的60%以上,且由于未注浆而增大的地表沉降所占比例为20%～30%,沉降时程曲线具有阶段性和时效性。地表沉降槽宽度系数i与现场测试数据具有一致性。衬砌结构上的土压力分布类似于上下端为长半轴、左右端为短半轴的椭圆形,数值上试验实测值较理论计算值要小。     

泥水盾构施工中同步注浆浆液的试验控制

广深港客运专线狮子洋隧道泥水盾构施工采用了同步注浆技术,有效控制了地表沉降,通过对注浆浆液配合比和施工的试验控制,注浆效果理想.     

盾构施工对孔压扰动的三维流固耦合分析

如何对盾构施工过程中的孔压监测数据进行实时分析是工程实践中的难点问题。结合上海虹桥迎宾三路隧道工程,首先建立了包括各种盾构施工参数影响的分析模型,并将不同施工参数情况下超孔压计算结果与实测值进行了对比,验证了模型的合理性。之后分析了开挖面推力、注浆压力、掘进速度、开挖面水头、隧道埋深以及土体渗透系数等参数对隧道周围最大超孔压的影响,获得了最大超孔压拟合计算公式,与现场实测和解析解的对比说明三维流固耦合计算可更合理分析盾构施工对孔压的扰动。同时,较大的超孔压值对应于较大的地表沉降,因此可将实测孔压值与数值计算结果进行对比,从而进行施工参数的调整。在上海虹桥迎宾三路隧道工程试验段的施工过程中,现场监测数据表明可根据孔压监测值调整施工参数,最终减小地面沉降。