富水圆砾地层盾构施工关键技术研究

圆砾地层是南宁地区的典型地层,具有强度较高、透水性强、自稳性差、分布范围连续等特殊的工程特点。盾构机在穿越全断面圆砾层时,极易发生严重的工程事故。本文对南宁市典型富水圆砾地层下的盾构施工关键技术进行了研究和讨论:(1)圆砾地层盾构机选型技术方面,采用复合式土压盾构机;(2)开挖面支护压力控制方面,通过现场试验得出不同地层单元细分土仓压力控制值;(3)富水圆砾地层盾构全过程掘进方面,对带压换刀和盾构始发技术进行了优化和详细讨论。     

富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

为解决土压平衡盾构在富水圆砾地层中渣土不易改良及易喷涌问题,采用昆明地铁4 号线圆砾土作为试验材料,以膨润土泥 浆、羧甲基纤维素(CMC)与聚丙烯酰胺溶液(PAM)作为主要改良材料,泡沫作为辅助改良材料开展室内改良渣土坍落度和常水头渗透性试验。试验结果表明: 1)在塑流性方面,仅用泥浆或泥浆与CMC 混合改良时,圆砾土流动性过大; PAM 加入到泥浆改良渣土中时,能够提高渣土的塑流性; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的塑流性无影响。2)在渗透性方面,CMC、膨润土泥浆和PAM 均可有效改善渣土渗透性,且渗透系数随着注入比的增加而增大; 泡沫的掺入对泥浆和PAM 共同改良渣土的渗透性无影响。根据试验结果可知: 当地下水头约为25 m 时,可将膨润土泥浆配比1 ∶ 4(1%CMC)、膨润土泥浆注入比(BIR)= 25%、PAM 注入比(PIR)= 12. 5%、泡沫注入比(FIR)= 20%或膨润土泥浆配比1 ∶ 3、BIR= 25%、PIR= 7. 5%、FIR= 20%作为此圆砾地层的渣土改良参数。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构施工关键技术

以成都地铁一号线盾构4标(火车南站-省体育馆区间隧道)工程为依托,介绍了针对成都地铁富水砂卵石地层,采用土压平衡盾构施工的关键技术。     

富水圆砾地层盾构隧道穿越建筑物安全问题研究

本文针对富水圆砾地层盾构隧道穿越构筑物安全问题进行研究,以南宁轨道交通1号线盾构隧道工程为背景,针对南宁1号线周边复杂环境特点,基于微扰动控制理念,提出富水圆砾地层盾构穿越构筑物扰动指标体系,形成了不同情况下盾构隧道安全穿越核心技术,并通过有限元数值模拟来对比分析实际施工过程中对周围环境的影响,结果表明:数值模拟实验能较好地还原隧道掘进过程及对周边环境的影响,可以根据数值模拟的结果,对之后的隧道开挖进行提前模拟和指导。对构筑物扰动指标体系及风险划分有助于系统地分析富水圆砾地层盾构穿越构筑物的影响,可以很好地把握施工的风险点。     

水下圆砾地层盾构隧道施工期力学响应实测研究

为研究水下圆砾石地层盾构隧道施工过程中管片结构的力学响应,以常德沅江隧道为背景,选取沅江东线隧道江中埋深最大断面,采用连续测量方式对施工过程中管片的内力变化特征及管片外水压力进行测试,并将实测数据与数值模拟结果进行对比分析。主要结论如下： 1）水下圆砾地层中盾构隧道管片结构外部水压受施工过程的影响显著,距开挖面1~10环呈波动变化,沿横断面不同位置出现最大值的时间不同,但在10环之后趋于稳定; 2）管片结构轴力受到脱环和注浆的影响明显,其中前3次注浆的影响最为显著,影响范围为1~9环,弯矩变化与轴力类似,但受注浆影响较轴力延迟1环左右; 3）稳定后管片轴力和弯矩量值均大于数值计算值,说明稳定后管片受盾构顶推、浆液固结、错缝拼装效应影响较大。     

下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究

以南宁地铁5号线新秀公园站～广西大学站盾构区间为工程依托,开展下卧泥岩富水圆砾地层盾构渣土改良技术研究。以现场盾构排出渣土及改良剂作为试验材料,在初始改良渣土的基础上进行二次改良试验,根据坍落度试验结果及渣土状态分析理想渣土状态,通过计算得到建议改良参数。研究结果表明：下卧泥岩富水圆砾地层渣土理想坍落度范围为12～18 cm,每环盾构掘进过程中需要注入约1 010 L的水,泡沫原液用量16.7～30.48 L(浓度3%,发泡倍率15,注入比0～15%),采用建议改良参数后,掘进参数得到明显改善,渣土改良效果显著。     

富水砂砾石复合地层土压平衡盾构气压开仓施工技术

盾构在砂卵石地层中掘进刀具磨损严重,因此选择合适的时机进仓对刀具进行检查及更换就成了一项无法回避的任务。在盾构工法施工中,进仓对刀具进行检查处理大致有三种方法:一是加压进入土仓进行检查;二是对前方土体进行加固后在常压情况下进仓检查;三是从地面向下做竖井到刀盘前方从而实现对盾构刀具的检查和维修。通过介绍南昌地铁1号线一期工程土建二标盾构气压开仓施工情况,对盾构在富水砂层气压开仓施工技术进行探讨。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构钢套筒接收应用实例

盾构接收作为盾构施工过程中的一个关键工序,具有高风险性。在接收端头无法加固的情况下,如何实现富水砂卵石地层环境下盾构安全接收,是急需解决的一个重大难题。依托长沙地铁一号线黄兴广场站盾构钢套筒接收工程,对该工程中采用的玻璃纤维筋地下连续墙结合钢套筒接收方案技术特点进行剖析,深入研究了在富水砂卵石地层接收端头无加固情况下的盾构接收技术,以期为今后类似工程提供参考。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

富水地层下外置乌龟壳式土压平衡盾构无障碍始发技术研究

在福州地铁5号线1标4工区盾构区间施工中,通过对常规土压平衡盾构刀盘切削地下连续墙的钻研,针对刀盘设计一种无需扩径和改造的布置方案,针对外置注浆管路设计一种保护和侧面切削地下连续墙墙体的刀具,同时采用全钢套筒密闭始发技术的一种富水地层下外置乌龟壳式常规土压平衡盾构无障碍始发体系.该体系无需对传统的土压盾构机进行改造,即保留了常规软土盾构外置注浆管路设计的盾尾,无需配备复合刀盘,避免了盾构机重心前移、刀盘直径的扩大等造成后期掘进困难的问题;也可直接切削穿越高强度地下连续墙,规避了人工凿除盾构洞门的工序,从而避免盾构始发过程中的涌砂、涌水等高风险,大幅提高盾构始发的安全性.     

水下圆砾地层盾构隧道施工荷载实测及其力学响应研究

为研究水下盾构隧道穿越圆砾地层时管片结构施工期间受力的影响因素,以常德沅江越江隧道为依托,选取东线隧道水头最高位置对应的管片环,采用连续动态测量,提取管片从拼装完成至盾构远离过程中管片结构内力和地层水压力,并提取盾构施工中同步注浆压力和盾构顶推力,与管片内力数据进行对比分析,得出施工过程中影响内力变化的因素。主要结论有:1)同步注浆对管片内力的影响较为显著,且主要通过对地层水压力的影响来实现,其中,脱环后前3次注浆对管片内力影响最为显著; 2)顶推力对管片内力产生一定的影响,且主要通过对管片纵向受力的影响来实现,顶推力对内力产生负向影响; 3)管片受力稳定后,环向轴力稳定在3 700～5 000 k N,弯矩稳定在-200～200 k N·m,纵向轴力稳定在0～2 500 k N,整体呈现出轴力大、弯矩小的状态,管片健康程度较好。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

富水砂层由于其高渗透性、高含水率及高摩擦角等特性,在盾构开挖时常面临喷涌、刀具磨损严重及掌子面压力不均等难题。依托南昌地铁4号线七里站至民园路西站高渗透富水砂层区间隧道工程,为确定最优膨润土泥浆改良参数,通过室内试验测试膨润土泥浆性能及渣土改良,确定合理膨润土泥浆黏度和盾构膨润土泥浆性能参数及高承压水砂层改良方案。研究结果表明：采用膨润土泥浆配比为1∶8,对应黏度约为22 mPa·s,改良效果较好;砂土中含水量可促进膨润土泥浆改善渣土流动性;对上述膨润土泥浆配比,当膨润土泥浆注入率为10%、聚合物注入比为1%时,改良后的渣土具有很好的流塑性和较低的渗透性。现场渣土改良结果也表明,采用上述渣土改良方案,可以有效降低刀盘扭矩和盾构机总推力、提高盾构掘进速度。     

富水卵石层土压平衡盾构水下接收技术

为确保济南市轨道交通R1号线大杨站盾构顺利接收及上方管线安全,提出复杂地质条件下土压平衡盾构水下接收方案,阐述垂直冻结加固、洞门凿除、挡墙及板下临时支撑施作、盾构掘进模式及掘进参数控制、同步注浆及补强注浆、外凸式洞门设计等水下接收技术。主要结论如下： 1）在巨厚富水卵石层中盾构接收情况下,常规加固措施无法保证加固效果时,建议采用水下接收方式; 2）优化洞门凿除工序,视情况分层分块凿除,降低洞门凿除的风险; 3）采用不同的掘进模式,保证土压平衡盾构水下接收的顺利实施; 4）外凸式洞门后浇环梁设计可减小洞门永久封堵的施工风险; 5）整个接收阶段管线最大沉降变形仅1.41 mm,采用水下接收技术能保证富水卵石层中土压平衡盾构的安全接收。     

土压平衡盾构在不同地层中的应用

介绍国内盾构的发展状况及主要特点。详细阐述土压平衡盾构在重庆地铁砂岩地层、北京砂砾石地层、西安黄土地层及大连钙质板岩地层中的应用,针对应用中存在的问题,提出盾构的针对性设计制造及相应的施工技术措施。由于工程地质及水文条件的不同,设计采用的盾构类型其设备系统配置也不同;即使在同一工程项目中,对不同的地质情况,同一台盾构掘进施工中采取的掘进参数和施工技术措施也不一样,必须适应地质条件的变化,采用合适的掘进参数和施工措施,才能保证掘进施工的顺利进行。     

复合地层土压平衡盾构掘进参数模拟分析研究

复合地层特别是软硬交互地层的盾构掘进参数模拟与预测理论及方法研究,目前还处于薄弱阶段。基于Terzaghi松动土压力模型与CSM(科罗拉多矿业学院)模型,对广州地铁3号线大石—汉溪区间不同风化程度混合岩地层的土压平衡盾构掘进表现分别进行模拟分析,结果基本符合实际的掘进表现,但在贯入度大于20 mm/r的硬岩掘进情况下推力及扭矩模拟值与实际值存在较大正负差异。针对这种正负差异情况,分析可能产生的原因。通过对软硬交互复合地层的盾构受力分析,模拟计算在软硬地层各占50%情况下的推力与扭矩值,结果表明,总推力和扭矩的模拟值均在实际值范围内,验证了采用的综合考虑软土和硬岩模拟分析结果的复合地层掘进参数模拟分析方法的有效性。     

砂卵石地层中复合式土压平衡盾构掘进参数及地层变形规律研究

依托兰州城市轨道交通1号线某区间试验段工程,对砂卵石地层中双洞地铁隧道盾构选型和地层变形进行研究。引入盾构扭矩和推力的数学计算模型,计算结果应用于现场工程施工和有限元三维数值模拟中,分析了双洞隧道先后施工时,地层沉降槽的范围、特征、变化规律以及开挖引起的横向和纵向水平方向上地层位移影响范围和影响规律。结果表明： 1）越接近地表,隧道先后开挖对沉降槽的扰动效应越弱; 2）由两隧道同向先后施工引起的地层最终沉降槽非对称特征明显; 3）水平向地层的扰动效应叠加,地层易出现剪切变形,需采取必要防护措施; 4）现场监测结果与数值模拟结果基本一致,证明所采取的施工工法合理,施工沉降总体控制效果良好。     

昆明富水圆砾地层盾构渣土塑流性指标与合理改良方案研究

为避免在昆明地区广布的富水圆砾地层掘进时出现盾构掘进参数不稳定、渣土状态不良、螺旋输送机喷涌等风险,依托昆明地铁4号线盾构工程开展了一系列渣土塑流性测试与盾构掘进参数分析,提出了盾构推力、刀盘转矩、掘进速度、土舱压力的合理范围与渣土塑流性指标坍落度的求解方法,进一步采用规划求解的方法优化了针对该地区富水圆砾地层的渣土改良方案,明确了不同级配渣土含水率和泡沫注入比的合适范围。现场应用结果表明,依据左右线试验段监测数据提出的优化渣土改良方案有着良好的适用性,有效地改良了盾构渣土状态并将盾构各项掘进参数控制在合理范围内,为盾构的安全、高效掘进及后续近距离顺利下穿昆明地铁2号线提供了重要保障。     

扩展土压平衡盾构在含水地层中的适应性

从土压平衡盾构原理出发,总结论述了从土塞效应、注入添加材料和机械辅助方法来扩大土压平衡盾构适应含水地层能力的理论和方法,为扩展土压平衡盾构在含水地层中的地质适应性提供了新的思路。     

土压平衡盾构全断面富水砂层带压进舱地层气密性封堵及其检测技术

富水砂层与黏性土地层等普通地层相比,其孔隙率大、渗透性强、含水量大,在此类地层中带压进舱作业的难点是地层气密性封堵难度大。在高压环境中,为了尽量减小气体的逃逸,以西安地铁3号线土压平衡盾构在全断面富水砂层中成功带压进舱为依据,通过采用盾体外部膨润土泥浆封堵、掌子面用高效能泥浆形成泥膜封堵、盾尾采用加大同步注浆量和盾尾油脂注入等方法,以及一系列气密性检测等措施,成功进行了带压进舱作业,并得出土压平衡盾构全断面富水砂层气密性封堵的方法及气密性合格的判定方法。     

土压平衡盾构下穿工程变形控制关键技术探讨

盾构穿越施工是一项存在多种不确定因素共同作用的综合工程,其中下穿铁路施工安全风险大,社会影响广,必须做到精心设计、科学组织施工。文章以某隧道左右线穿越京广铁路正线为背景,对穿越施工中控制铁路地表变形的关键技术和综合措施进行了阐述。施工前严密的进行现场调查,建立理论预测计算模型指导施工,施工中严格控制和优化盾构施工参数,采取针对性的技术和管理措施,科学严谨进行监控量测,组织信息化施工及时反馈指导优化施工参数,做好有效应急预案,从而使得穿越施工较好满足了国铁沉降的控制标准,为类似地层条件下,类似工程提供一定的参考。