富水砂卵石地层地铁盾构区间带压换刀施工控制技术探讨

本文主要结合成都地铁7号1标盾构区间带压换刀施工,对砂卵石地层中的带压换刀管控流程、关键控制技术等进行了介绍,对类似地区盾构带压换刀施工及技术控制具有借鉴意义。     

富水砂卵石层渣土改良试验研究

渣土改良是盾构在富水砂卵石层中掘进改善渣土特性行之有效的方法,可以使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力,进而减少盾构机的过度磨损,且其良好的渣土改良效果可以使扭矩保持在一个正常范围,能够提高掘进效率,有效控制出土量,尽量避免因超方导致的沉降超限和塌方事故。以成都富水砂卵石层为基础,采用膨润土基泥浆和高分子聚合物对现场施工开挖土体进行改良试验,并对采用膨润土和不同种类、不同比例的高分子聚合物效果进行了分析和评价,研究出比较合理的膨润土和高分子聚合物的种类及配比。     

泥浆护壁压力分布形态及槽壁稳定控制方法研究

槽壁稳定性控制是地连墙施工的关键环节,由于传统基于极限平衡的力学分析方法具有局限性,目前采用优化泥浆配比参数的经验控制方法,但仍未解决这一关键技术问题。基于泥浆渗透形成抗渗泥皮的试验结果,从泥浆成皮的渗透压力条件及时间演化规律出发,研究了不同开挖阶段泥浆有效护壁压力的分布规律。研究结果表明:泥浆护壁压力在槽壁上的"驼峰"型分布规律是开挖面附近泥浆护壁压力不足的直接原因,使开挖面以上5～10 m范围成为稳定性薄弱环节,通过降低开挖下切速度可有效提高槽壁稳定性控制效果。以福州地铁5号线建新南路站的中砂-黏土交互地层的稳定性控制应用为例,对其进行了声波检测成像分析,结果表明该方法可有效控制富水砂-黏土-卵石富水地层60 m深地连墙槽壁的稳定性。     

复合地层土压平衡盾构施工技术研究

以苏州轨道交通3号线为工程实例,研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至苏州乐园站区间隧道通过108 m"上软(土)下硬(岩)"的复合地层,工程风险极大,需在设计和施工阶段采取必要的风险控制措施。在设计阶段:通过改变隧道纵坡,缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计,优化机械运行参数,实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩,控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降,为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好,地表沉降控制在2. 0cm以内,邻近建筑物沉降控制在3 mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。     

特定沉降阶段的盾构隧道地表沉降研究

以某电力盾构隧道土压平衡盾构掘进施工为背景,提出了特定阶段的地表沉降预测公式。考虑注浆压力、盾构机与土体摩擦力、开挖面推力等因素,利用数值仿真软件进行模拟盾构开挖数值试验。综合现场实测数据、公式计算结果、数值模拟结果对土体横向变形和纵向变形规律进行了研究。结果表明:土体横向沉降变形呈现“Ｕ”形分布,随着土体深度的增加,向“Ｖ”形分布。土体纵向变形呈现倒“Ｓ”形分布,且盾构机与土体摩擦力相比于开挖面推力是使得开挖面前方土体隆起主要因素,计算结果表明距离开挖面前方０．６ｈ处出现最大隆起值。注浆压力主要影响盾尾脱出后土体沉降变形,增大注浆压力和持续时间可以有效控制土体竖向变形。     

大埋深高水压地层盾构端头加固技术数值模拟研究

滇中引水龙泉倒虹吸隧洞接收端埋深高达72．3ｍ，地层的水土压力较大，盾构接收过程易发生涌水涌砂事故。为此，建立考虑渗流影响的盾构接收端三维模型，分析大管棚注浆和冻结法加固措施下盾构接收过程中引起的地连墙变形、地层变形和地下水渗流场变化规律，研究结果表明:盾构接收过程中，冻结法加固对限制基坑地连墙水平变形及周边土体变形的能力优于大管棚加固；大埋深盾构接收对地表沉降影响较小，可不作为重点风险源进行控制；地下水孔压场形成一个包围开挖面的低压力区，远离开挖面的孔压等值面分布较为均匀；盾构掘进至冻结加固区后地下水的渗流速度远小于大管棚加固区，对于大埋深高水压地层盾构接收工程，冻结法在抗涌泥涌砂方面明显优于大管棚加固。研究成果可为今后类似的大埋深盾构接收工程起到一定的借鉴作用。     

富水砂性地层中地铁盾构下穿铁路施工引起的沉降分析

以富水砂性地质条件下某地铁区间盾构隧道下穿铁路施工工程为背景,研究下穿施工引起地 表沉降的规律。首先对Ｐｅｃｋ方程进行分析,提出地表差异沉降系数的概念,用于表征盾构施工引起的 地表最大差异沉降。然后利用数值模拟方法分析地层损失率、隧道埋深、地层加固等因素对铁路设施沉 降的影响规律。结果表明:地层损失率在０．５％ ～３．０％变化时,减小地层损失可以同时降低地表沉降 及差异沉降,控制地层损失率在１．０％以内,可满足铁路设施变形控制标准;增大隧道埋深可以降低地 表最大沉降量,同时可以降低地表最大差异沉降;对隧道周围土体注浆加固可以显著降低盾构下穿铁 路施工引起的铁路设施沉降。     

WSS深孔注浆加固技术在地铁施工中的应用

WSS深孔注浆加固工艺是目前国内较有效改良软弱复杂地层稳定性的施工工艺,可有效保障地铁区间施工的安全、质量、进度和造价,也是当前各省市盾构下穿房屋建筑物采用的常用加固手段。文章结合广州市轨道交通十八号线和二十二号线工程盾构下穿数个密集房屋建筑群的实践,阐述了盾构下穿密集房屋群的深孔注浆技术,施工结果表明,此注浆方法可有效实现盾构机穿越复杂地层,有效降低因盾构掘进造成的地表房屋沉降,可在类似地质条件下地铁盾构区间隧道深孔注浆施工中推广使用。     

盾构隧道侧穿历史古建筑的监测分析与施工控制

盾构机的穿越施工会对地表建筑物造成扰动,产生一系列不良影响,对于历史悠久的古建筑物,盾构施工整个过程更需严格控制。为减少盾构隧道掘进对古建筑物——清晖园的影响,需对清晖园在不同工况下进行实时监测并反馈指导施工,确保清晖园在侧穿过程中的安全。实测及统计分析结果表明:开挖面处有大量地下水会引起周围建筑物的显著沉降;气压辅助开仓过程会引起开挖面压力的失衡,引起建筑物隆起或沉降;合理的掘进参数可将建筑物沉降控制在较小范围内;盾构机掘进影响范围内的建筑物沉降大体可分为5个阶段,可通过加快掘进速度使盾尾到达沉降变化较大测点处,通过同步注浆及二次注浆来控制沉降。通过对侧穿过程的全程监测和统计反馈,盾构左线成功完成了对古建筑的侧穿,相关经验可供类似工程借鉴。     

克泥效工法对盾构隧道地表变形的作用规律研究

软土地区盾构施工面临着严峻的地表变形问题,克泥效工法辅助盾构施工是缓解地表变形的重要控制措施。为探究克泥效工法对盾构隧道地表变形的影响规律,依托苏州轨道交通11号线玉-珠区间盾构工程,首先开展克泥效浆液压缩试验,得到浆液压缩变形规律;然后建立克泥效工法下盾构隧道双等代层有限元模型,模拟研究克泥效注浆工法对地表变形的影响规律。研究表明：克泥效浆液的压缩变形曲线近似符合线性关系,克泥效浆液性能受B液添加率影响明显,当B液添加率为4%时,克泥效浆液抵抗变形能力最强;建立的双等代层模型能够模拟克泥效工法对盾构隧道地表变形的影响特征,克泥效工法辅助盾构可减少约78%的地表最大沉降量;克泥效浆液填充率对地表沉降影响显著,填充率约150%时,对地表沉降的控制效果相对最好。研究结果可为克泥效工法在类似盾构隧道工程中的应用提供参考。     

砂层地段土压平衡盾构施工技术探讨

广州地铁盾构区间部分穿越陆相洪积—冲积砂层及河湖相淤泥质、粉质黏土层，砂性土层内摩擦角大，渣土流动性差。排土困难，地下水压高时，易发生喷涌现象，因此砂层盾构掘进控制困难，易造成地表沉降。以广州地铁3号线“珠江新城站—客村站”区间圆形盾构隧道工程实践为例，探讨土压平衡盾构穿越砂层地质的施工技术。     

富水粉砂地层深基坑底部注浆加固数值模拟分析

以太原某地铁车站试验段的富水粉砂地层深基坑为依托,利用三维数值计算软件FLAC3D对该工程坑底加固、坑内降水及开挖进行模拟,并将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析。结果表明:采用高压旋喷注浆联合双液注浆加固富水软弱地层基底,能够有效阻止坑外地下水向坑内渗流,基坑周边的地下水位在整个施工过程中变化很小。基坑开挖过程中,周边地表出现最大沉降的点距离地下连续墙5~10m,而且地表沉降最大影响范围未超过2倍开挖深度;地下连续墙变形在各开挖阶段均呈现中间大两端小的抛物线形式,最终产生的最大侧向位移为22.1mm,位于距离地表开挖深度的1/2~2/3处。提高土体的弹性模量能够显著地抑制坑底隆起变形,然而对坑外的地表沉降及地下连续墙水平位移影响并不大,因此在实际施工过程中,不能盲目增大水泥掺入量,以免造成浪费。     

盾构穿越首都机场高速公路沉降控制技术措施

盾构法施工过程中不可避免地对隧道周围的环境造成影响．尤其是地层沉降带来的影响尤为明显。针对南水北调东干渠4标在13＋237．6～13＋270．0位置盾构穿越机场高速公路高标准的沉降控制要求,结合施工地段的经验,对土压平衡盾构机穿越机场高速路进行盾构掘进参数设定．根据深孔监测数据对掘进姿态控制、同步注浆及二次补浆、管片拼装等综合施工技术进行了较系统的总结,可为同类工程施工提供借鉴。     

富水砂层区盾构下穿建构筑物风险控制技术研究

以太原地铁２号线一期工程双塔西街站—大南门站区间为研究对象,通过采取掘进施工前对下穿建（构）筑物进行鉴定评估、隔离加固,掘进过程中合理选择与优化掘进参数、地表跟踪注浆,下穿通过后洞内补充注浆等风险控制措施,双大区间顺利下穿１０个建（构）筑物Ⅱ级环境风险源。通过对区间下穿建（构）筑物变形监测数据进行统计分析,结合该区间地下水埋深浅、砂层敏感性强等水文地质特点,对盾构下穿建（构）筑物风险控制技术进行研究。工程实践表明:富水砂层区盾构下穿建（构）筑采取以盾构自身掘进参数控制为主,隔离加固、地表跟踪注浆等措施为辅风险控制措施,可以有效控制建（构）筑物变形。     

不同加固方案下富水黄土隧道地层变形规律分析

以西安地铁5号线暗挖隧道为工程背景,采用降水加固与注浆加固2种地层加固措施,建立渗流-应力耦合数值计算模型,对富水黄土隧道地表沉降、洞周土体变形及力学效应进行了研究,并结合现场监测资料进行了验证。结果表明:降水加固隧道施工最大地表沉降是注浆加固的13.7倍,2种加固方案洞周土体变形规律一致,开挖10 d内变形值均达到稳定值的70%~80%左右;注浆加固下洞周土体均为压应力,降水加固开挖过程中在中隔壁及中隔板处土层出现拉应力;注浆加固下衬砌各部位受力均大于降水加固;降水加固塑性区极值是注浆加固的11.3倍,主要分布在两侧拱肩、拱腰及拱脚处;2种加固方案下地表沉降以及洞周土体变形的模拟值与监测值相近且变化规律基本一致。     

地铁区间隧道超薄覆土下大直径盾构始发与接收技术

针对超薄覆土条件下大直径盾构始发与接收对土体扰动大、盾构机掘进参数及姿态难控制、地面沉降坍塌等施工安全风险问题,提出了采取地面袖阀管注浆加固、端头地层素混凝土换填、洞门大管棚超前加固和盾构掘进参数控制的措施,建立了地铁区间隧道超薄覆土下大直径盾构始发与接收技术。该技术成功应用于成都地铁18号线天～龙区间的始发与接收,地表沉降最大值仅为2. 9 mm,确保了施工安全。     

南宁复合地层地铁盾构选型与应用研究

盾构选型的合理性是盾构隧道能否顺利施工的前提,特别是在复杂地质条件下合理的盾构选型显得尤为重要。本研究依托南宁机场引入线吴圩机场站－盾构始发井区间工程,采用ＬＥＣ方法开展了区间复合地层盾构施工风险分析,并针对存在的风险特点进行了地铁盾构选型与现场应用研究。研究结果表明:南宁复合地层地铁施工风险较高,特别是岩溶地层、黏土－灰岩软硬不均地层风险达到了Ⅳ级;针对本工程盾构掘进施工可能遇到的风险,从盾构机刀盘与刀具配置、推进与驱动配置等关键部分进行优化设计。现场应用表明,盾构在此区段内地质适应性较强、掘进工效高,地表沉降及管片沉降均在安全可控范围内。研究成果可为南宁类似工程施工提供借鉴。     

巨厚富水松散砂层溃砂灾害现状与注浆固沙技术研究及应用

富水砂层是工程建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流性,处理不当常会引起向临空面溃涌并充填人类有用空间和地表大面积塌陷,形成涌水溃砂灾害。通过总结富水砂层地下工程和煤矿开采中的突水溃砂机理及防治研究现状,针对富水巨厚砂层下的隧道和采矿工程中出现的涌水溃砂灾害,结合已有研究总结了涌水溃沙产生机理及主要因素,通过室内实验和现场测试,研究了巨厚富水砂层注浆固沙施工方法,形成了专利技术。通过两个工程实例分别介绍了浅埋煤层薄基岩顶板上覆厚松散层井下注浆改造工艺和巨厚富水砂层斜井地面注浆固沙工艺,在实践应用中验证了所提技术的有效性。     

输水隧洞盾构法穿越富水卵石地层风险源施工技术

结合北京市南水北调配套工程团九二期工程穿越北京现代有轨电车西郊线工程,阐述了盾构法穿越富水卵石地层特级风险源的综合施工技术,为类似工程提供了借鉴。在盾构施工中,采用同步克泥效注浆、径向注浆、地上地下同步跟踪测控的综合施工技术,按照"合理低压、适当推力、匀速通过"的原则,严格同步注浆、严控出渣量,采取渣土改良措施,并辅以严格的施工监控量测和第三方监测,确保了穿越段安全。     

小半径曲线盾构隧道地面沉降变形特征研究

以某电力盾构隧道土压平衡盾构掘进施工为背景,对小半径曲线段和直线段施工期地表沉降变形进行现场监测试验,分析研究小半径曲线盾构隧道扰动效应的特征。结果表明:小半径曲线段地表沉降最大点经历了隧道外侧－拱顶－内侧变化迁移过程,即盾尾通过监测断面后,其最大沉降点稳定在曲线内侧,与直线段最大沉降点发生在拱顶位置明显不同;直线段沉降曲线符合ＰＥＣＫ模型,拟合结果与监测数据总体相一致;结合水平位移监测成果论证分析了曲线段地表沉降变化特征的内在原因,认为与曲线内侧的超挖及曲线空间效应相关联。研究成果对小半径曲线盾构隧道施工扰动监测及控制具有参考指导意义。