花岗岩地层中双护盾TBM掘进参数变化规律分析

TBM在掘进过程中,掘进参数在不同的围岩条件中需要不断地进行调整,合理选择掘进参数以满足施工安全与质量的要求。文章以青岛地铁4号线鞍山路站~错埠岭站区间双护盾TBM施工为背景,收集TBM总推力、刀盘扭矩、掘进速度、刀盘转速等掘进参数,并结合不同里程段花岗岩地层的单轴饱和抗压强度、完整性系数、抗拉强度、弹性模量、泊松比等岩体指标进行统计分析。通过掘进参数统计分析、各参数间单因素相关性分析、总推力与饱和单轴抗压强度和完整性系数间的回归拟合分析,得出TBM掘进参数变化区间与规律,为相似工程TBM掘进参数的预测提供参考。     

青岛地质条件对隧道掘进机的影响分析

介绍青岛地铁M2号线首次应用DSUS型双护盾隧道掘进机(TBM)进行掘进施工的情况.在分析工段工程地质与水文地质特征的基础上,研究了复杂工程地质条件对隧道掘进机的影响;针对隧道掘进机掘进过程中可能出现的岩土工程问题,提出了专项施工建议.研究成果对于今后青岛地铁TBM法施工工段的勘察、设计以及施工具有一定的指导意义.     

盾构施工参数相关性及对地表沉降影响的研究

以青岛地铁1号线薛瓦区间盾构隧道工程为背景,在极复杂地层开展盾构现场掘进实验,利用"青岛地铁安全风险管理体系"及"青岛地铁盾构施工管理信息系统"收集盾构关键施工参数及地表横向和纵向沉降监测值。通过对盾构关键施工参数的处理以及相关性的分析,表明在土层较硬地段应适当降低土仓压力以达到降低推力的目的;分析了在富水复杂地层盾构正常施工情况下掘进参数的波动对地表沉降的影响规律,研究发现盾构推进速度和推力是影响地表沉降的主要因素,对在极复杂地层中盾构掘进参数引起变形的精细化控制提供一定的借鉴意义。     

基于深度神经网络的围岩无侧限抗压强度预测

实时的围岩抗压强度预测能对TBM安全高效掘进有重要意义.针对现有技术难以实时获取隧道掘进机掌子面岩体参数的问题,基于青岛地铁1号线掘进过程产生的掘进参数数据,分别使用深度神经网络构建隧道围岩无侧限抗压强度实时感知模型.模型利用掘进阶段100s内总推进力、刀盘转速、刀盘扭矩、推进速度和撑靴压力等TBM运行参数数据实时预测掌子面围岩强度,平均预测精度达到72％,并系统研究模型的跨线路应用和模型跨区间应用问题.这些认识与成果对TBM掘进参数优化和风险预警有着重要意义,并将为建立基于数据挖掘的TBM智能决策控制平台提供参考.     

福州地区不同地层泥水盾构参数控制研究

结合福州地铁4号线,研究该地区不同地层中泥水盾构施工的掘进参数。选取3种典型地层进行数值模拟,预测地表沉降值,并与实际施工监测值进行对比分析,验证掘进参数与地层的适应性。研究结果表明:在深埋地层中,上软下硬地层对土体的扰动最大,应在施工中注意相似地层的参数调整;数值模拟结果与施工监测结果相近,掘进参数与相应地层的适应性良好,且施工过程中成型隧道的变形值稳定;泥水盾构掘进参数适用于福州地区相似地层地铁施工。     

TBM过站预留洞支撑钢架设计与施工

针对青岛地铁首次采用TBM掘进施工,为保障施工安全和工期,根据不同站位支撑高度,分别介绍了TBM掘进区间的始发站和中间站预留洞铜架支撑方案。通过合理的设计以及施工措施保障,本支撑方案达到了预期设计结果,为总体工筹目标的实现创造了有利条件,也可为今后相关工程提供参考。     

岩石磨蚀性在盾构施工中的应用研究

以深圳地铁某标段两段典型地层区间为研究对象,通过开展室内钢针与岩石耦合作用的全过程磨蚀实验,对两段地层区间岩石进行了磨蚀性等级评价。同时结合现场施工中滚刀的磨损数据、掘进关键参数以及滚刀的磨损形式的对比分析,直观反映出刀具磨损与岩石磨蚀性之间的关系,并结合岩石的磨蚀特点提出了实际施工中应用的一些优化措施,切实指导盾构现场施工。     

TBM 刀具设计中围岩力学参数的选择

 围岩力学特性是隧道掘进机———TBM 刀具设计中必须考虑的重要因素, 而且这一因素也直接关系到TBM 的总体设计及选用TBM 施工的可行性。选择以单轴抗压强度为核心的参数系统作为刀具设计依据是不完善的。TBM掘进过程中, 刀具正下方因承受纵向压力而下陷, 刀具两侧附近岩石由于受到平行掌子面的挤压而隆起。岩石下陷和隆起的同时, 其内部出现张性或张剪性破裂面。当相临刀具诱发的隆起区重叠时, 岩石便以碎块的形式脱离掌子面。在刀具荷载作用下, 掌子面上两点之间的相对位移越大, 对掘进越有利, 而不同点之间的相对位移受岩石泊松比μ和弹性模量E 的控制。较大的μ、较小的E 对TBM掘进是有利的。除了单轴抗压强度外, 刀具设计还应综合考虑变形参数μ和E 。     

基于TBM施工的扰动程度预测模型初探

针对目前TBM施工过程中扰动程度研究的不足,通过TBM隧道施工过程中的掘进参数和地质、岩体参数的统计分析,提出了一种关于扰动程度D的定量模型。结果表明:贯入度指数FPI、掘进比能SE组合参数分别与UCS和GSI有较好的相关性;通过TBM掘进参数(ROP)和岩体参数(单轴抗压强度UCS和地质强度指数GSI),可快速量化评价不同围岩洞段的施工扰动程度D,为相关岩爆地质灾害的实时评判体系提供切实可行的思路。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对地下管线变形影响规律及控制措施研究

以南宁地铁5号线某区间为研究对象,运用变形理论分析、现场监测数据和数值模拟相结合的方法进行研究,采用数值模拟软件模拟盾构施工过程,分析不同盾构掘进参数对沉降的影响大小,建立盾构施工参数与沉降的关系,通过与实测数据的对比分析,总结在富水圆砾地层地铁盾构施工过程中地下管线的变形规律,提出类似的富水圆砾地层盾构法施工的沉降控制措施,为类似项目施工提供参考依据。     

淤泥质土地层中盾构下穿老海河沉降控制

以天津地铁1号线东延工程咸水沽北站—双桥河站区间盾构在淤泥质土地层中穿越老海河施工为例,对穿越前、穿越过程中盾构掘进参数与沉降关系进行分析和动态调整参数,总结盾构穿越淤泥质土地层(河湖)沉降、防水及控制措施。     

TBM穿越断层破碎带施工技术研究

为解决TBM穿越断层破碎带施工的难点，以山西垣曲二期抽水蓄能电站为工程背景，揭露了断层破碎带的地质特征，分析造成TBM的施工风险及影响，提出始发导台方法，根据不同地层的地质条件，总结不同典型地层掘进参数，通过现场施工经验解决机电设备出现的问题，最终形成TBM穿越断层破碎带的整套施工技术。     

谈土压平衡盾构粘土地层渣土改良技术

在粘土地层中进行土压平衡盾构施工易造成掘进效率低、设备损害大,甚至刀盘结泥饼等问题。结合无锡地铁3号线旺庄路站—黄山路站区间穿越全断面粘土层盾构施工案例,提出了盾构在粘土地层中掘进采取的渣土改良技术措施与盾构推进参数,为今后类似工程提供参考和借鉴。     

盾构穿越含中粗砂复合地层地表沉降控制技术

以青岛某地铁区间盾构穿越含中粗砂复合地层掘进施工为例,综合采用理论分析法与数值模拟法,分析研究了盾构穿越含中粗砂复合地层地表沉降变形机理,并提出了通过盾构掘进参数调整、碴土改良及二次注浆等措施相结合的地表沉降控制技术。工程实践表明,地表沉降控制技术将地表变形量控制在预警值以内,有效地解决了中粗砂复合地层盾构掘进地表沉降难以控制的技术难题,具有良好的推广应用前景。     

TBM隧道斜交下穿城市立交桥的弹塑性数值计算分析

TBM在开挖隧道过程中不可避免地会引起地层初始应力场的改变,导致开挖面围岩的扰动与变形。依托青岛地铁1号线地铁隧道下穿市北区人民路立交桥工程,采用弹塑性数值计算分析方法,建立TBM隧道斜交下穿城市立交桥三维力学计算模型,开展城市地铁隧道下穿既有市政桥梁施工过程模拟,研究TBM隧道斜交下穿城市立交桥施工过程中隧道拱顶和既有桥梁桩基的沉降规律,揭示TBM隧道掘进引起周围岩体的损伤破坏发生、发展过程;通过对比分析隧道及围岩的应力变化、塑性区破坏模式以及位移矢量等信息,预判隧道围岩破碎带的发展趋势,为工程建设提供重要参考依据。     

基于岩碴粒径分布规律的TBM破岩效率分析

岩碴的形状、大小及其粒径分布规律是综合反映TBM破岩效率的重要指标,也是TBM掘进参数与岩石性质的重要联系。根据盘形滚刀破岩机制,对TBM掘进岩碴进行了现场量测和筛分试验,获得了TBM岩碴尺寸特征和粒径分布规律。在此基础上,对实测岩碴尺寸和粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。分析了粗糙度指数与岩石强度、岩石耐磨性的关系,探讨了不同围岩等级下粗糙度指数随掘进推力的变化规律。研究结果表明:①片状岩碴的长轴与短轴之比约为1.5,而长轴与厚度之比则差别较大,其长轴、短轴和厚度均服从正态分布;②不同岩性条件下岩碴粒径分布均符合Rosin–Rammler函数分布;③岩碴粗糙度指数越大,TBM破岩效率越高;硬岩条件下岩碴粗糙度指数随单轴饱和抗压强度增大而减小,而中硬—软岩条件下则相反;④无论是软岩还是硬岩,岩碴粗糙度指数随岩石耐磨性增大而减小,岩石耐磨性越强,TBM破岩效率越低;⑤TBM破岩效率与围岩等级密切相关,可根据现场实测岩碴粒径分布规律,确定Ⅱ级和Ⅲ级围岩条件下TBM破岩效率最佳时的掘进推力区间。     

贵阳灰岩地层地铁盾构施工技术研究

贵阳地区主要为中风化灰岩地层，岩石强度较高、地下水位高，盾构施工面临施工效率低、刀具磨损快、盾构掘进姿态不易控制等不利情况。以贵阳市轨道交通3号线一期工程师范学院站—东风镇站为工程背景，针对盾构施工的实际需要，通过对盾构机进行改造（采用复合式盾构设计，配置高强度复合刀盘、提高主驱动功率及扭矩等）为在灰岩地层掘进提供保障。统计隧道右线前200环掘进参数和管片轴线偏差数据，对区间隧道盾构作业掘进参数、注浆参数以及配套机械设备作业适应性进行研究，同时对施工质量全过程开展分析，总结并完善对应的施工与管片质量控制措施，以适应贵阳灰岩地层盾构机改造及快速施工。     

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。     

TBM刀具设计中围岩力参数的选择

围岩力学特性是隧道掘进机-TBM刀具设计中必须考虑的重要因素，而且这一因素也直接关系到TBM的总体设计及选用TBM施工的可行性。选择以单轴抗压强度为核心的参数系统作为刀具设计依据是不完善的。TBM掘进过程中，刀具正下主因承受纵向压力而下陷，刀具两侧附近岩石由于受到平行掌子面的挤压而隆起。岩石下陷和隆起的同时，其内部出现张性或张剪性破裂面。当相临刀具诱发的隆起区重叠时，岩石例以碎块的形式脱离掌子面。在刀具荷载作用下，掌子面上两点之间的相对位移越大，对掘进越有利，而不同点之间的相对位移受岩石泊松比μ和弹性模量E的控制。较大的μ、较小的E对TBM掘进是有利的。除了单轴抗压强度外，刀具设计还应综合考虑变形参数μ和E。     

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。