无水砂卵石地层盾构刀具磨损状态和规律的技术研究

本文介绍了北京地铁十号线二期17标火器营站～终点站区间及长春桥站～火器营站区间无水砂卵石地层盾构施工采取的措施.展示了无水砂卵石地层对盾构刀具的磨损情况,并讨论了刀具磨损的规律及刀具磨损与施工参数的关系.施工前对刀盘进行合理改进,施工中严格控制掘进参数,有效控制地表沉降、维持开挖面稳定,减小刀具磨损.最终使盾构顺利完成无水砂卵石地层施工,并对今后盾构在此类地层中施工提供借鉴.     

盾构下穿公路的地表沉降的控制方法

盾构下穿公路,对地表沉降要求高,一旦出现问题,将给道路造成不可逆的影响,并造成严重的生命和财产损失.因此,亟需一种盾构下穿公路的控制地表沉降的方法.以广佛环线施工为依托,通过现场施工和理论分析相结合的研究方法,建立了盾构下穿公路的控制地表沉降的方法体系,主要得出以下研究成果:(1)对盾构下穿公路引起地表沉降的原因进行分析.(2)研究盾构过程中对地表沉降的控制技术,指出刀盘前方地层变形控制、盾体上方地层变形控制、盾尾地层变形控制的要点.(3)通过盾构下穿公路的地表沉降的控制方法在广佛环线施工上具体应用,监测地表沉降值在许可范围内,验证了该方法的合理性与有效性.     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确。依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素。研究表明:构建的小转弯半径曲线段地层损失模型合理,推导所得公式适用于实际工程计算;地表纵向沉降在靠近刀盘3倍洞径范围内变化极大,刀盘前方3倍洞径范围内地表会产生轻微隆起,刀盘后方3～4倍洞径处出现最大沉降;地表横向沉降槽为非对称分布,最大沉降位置位于弯道内侧,距刀盘中心线约1倍洞径;地层损失引起的地表横向沉降大小主要受转弯半径及盾壳长度影响,地表横向沉降槽偏移程度主要由刀盘直径大小决定。     

盾构施工引起环境振动的实用计算方法

在中心城区进行盾构施工引起的振动对环境的影响问题日渐突出,需要对盾构施工过程中可能产生的环境振动影响进行可靠地预测分析。本文以北京地铁8号线盾构施工为研究背景,针对典型工况,首先基于盾构作业面现场测试数据,利用灰关联熵方法和多元回归方法进行因素分析,提出了振动振源的主控因素(地层条件)及其量化特征参数(掌子面地层加权动弹性模量),影响振动的主要施工参数(刀盘扭矩、盾构总推力)。在此基础上,基于典型断面的环境振动响应现场测试,考虑振动在周围地层传播过程中的距离衰减与阻尼衰减,提出了盾构施工引起环境振动实用计算方法,并利用现场实测数据进行了方法的有效性验证。为盾构施工引起环境振动的预测、评估以及施工过程控制提供了有效的方法支撑,填补了国内外研究空白。     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确。依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素。研究表明:构建的小转弯半径曲线段地层损失模型合理,推导所得公式适用于实际工程计算;地表纵向沉降在靠近刀盘3倍洞径范围内变化极大,刀盘前方3倍洞径范围内地表会产生轻微隆起,刀盘后方3~4倍洞径处出现最大沉降;地表横向沉降槽为非对称分布,最大沉降位置位于弯道内侧,距刀盘中心线约1倍洞径;地层损失引起的地表横向沉降大小主要受转弯半径及盾壳长度影响,地表横向沉降槽偏移程度主要由刀盘直径大小决定。     

深层冲击成孔振动环境影响分析

对郑州中心城区某场地胶结层冲击钻孔施工进行现场监测,监测内容主要有地表加速度、深部土层加速度及土层的分层沉降。对深层沉降及地表振动频谱进行分析,得出现场施工对淤泥质粉质黏土的扰动程度及地表振动规律,并合理评价冲击振动对周边环境影响。研究表明:冲击产生的振动在地表和地层内部衰减较快。测得的振动主频范围均在中高频端,冲击振动的波动在主频未能与建筑产生低阶共振,对建筑物的影响有限,地表沉降主要由软弱层振陷引起,建筑物差异沉降小于规范要求。     

中心城区地铁盾构施工引起的环境振动响应研究

以北京地铁8号线二期盾构施工长距离连续下穿中心城区古旧平房群工程为研究背景,首先,通过盾构作业面现场测试,获得了盾构施工振动振源的时程曲线,并分析了其频幅特性及主要影响因素;其次,对盾构施工引起的周围环境振动响应进行了现场测试,并分析了其纵向和横向上的时域与频域响应规律;在此基础上,考虑振动在地层传播过程中的距离与阻尼衰减,提出了盾构施工引起环境振动实用计算方法,并利用实测数据对其有效性进行了验证。上述工作可以为地铁项目建设的合理规划、设计和施工提供可靠借鉴。     

贵阳市轨道交通2号线爆破施工地表振动规律研究

以贵阳市轨道交通2号线地铁爆破施工为背景,进行沿隧道爆破掘进方向的地表振动规律研究。通过监测由爆破振动引起的不同间距测点的振动速度波形,研究地表振动特性和振动衰减规律,结合现场实际装药状况和地质情况,综合分析得出以下结论:1)上导掏槽孔爆破引起的地表振动最大,也是影响地表建筑物安全的主要因素;2)将掏槽孔和辅助孔、周边孔分两次爆破能有效避免振动叠加,降低地表振速,且采用分次爆破产生的振动主频比采用孔外延时爆破产生的主频要高;3)当爆心距超过50 m时,地表最大振速减小至1 cm/s以下,对建筑物的安全基本不构成影响。     

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。     

北京地区典型地层盾构施工引起地表沉降分析研究

以北京地铁6号线二期玉—郝区间隧道、14号线菜—西区间隧道和九—大区间隧道为背景,通过对不同地层盾构施工引起的地表沉降实测数据进行分析发现:砂土地层对土仓压力敏感性最强,砂土及黏土地层对同步注浆量及注浆压力的敏感性都强,而卵石地层由于自身的成拱性质对同步注浆量及注浆压力的敏感性相对较弱,且它的变形具有滞后性;砂土地层测点的先行沉降量最小,黏土地层测点的先行沉降量最大;砂土地层测点的最终沉降量最大,而卵石地层测点的最终沉降量最小;砂土地层及卵石地层中测点在盾构通过后稳定所需的时间较短。