土压平衡盾构在砂性土中施工问题的试验研究

土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一,但是盾构在穿越塑流性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时,存在土体受扰动发生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困难使工作面形成“干饼”等许多技术难题。为此,研究了盾构穿越砂性土层时采用合适的添加剂的施工工艺,并在盾构(工作面)原位对砂性土层掺入泡沫剂和肥皂水2种添加剂进行盾构推进对比试验,结合室内砂性土土样掺入泡沫剂和肥皂水试验数据,对比分析了掺入2种不同添加剂对减小盾构在砂性土层中的推进阻力及其对改善砂性土层特性的影响。在试验数据分析的基础上,对添加剂增加砂性土的塑流性、保水性以及工作面动态土压平衡机理作了较深入的探讨。研究结果表明,掺入添加剂易形成工作面动态土压平衡,有效控制地面沉降,并可加快螺旋出土器排土,减少刀盘扭矩、千斤顶推力及刀头磨损。     

富水砂层土压平衡盾构关键施工技术

沈阳地铁二号线会展中心站一世纪广场站隧道盾构区间穿越中粗砂、砾砂层,砂性土层内摩擦角大,碴土流动性差,排土困难,地下水量丰富、水压高,因此盾构掘进控制困难,容易造成地表沉降.从土压平衡盾构的适应性、刀盘和螺旋输送机的结构、刀具的配置和加固、碴土改良措施、沉降控制方法等方面介绍土压平衡盾构穿越砂层的施工技术.在施工过程中,通过采取同步注浆、二次注浆、加强施工监测等措施保证了既有线行车安全.     

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。     

泡沫技术在土压平衡盾构中的应用

土压平衡盾构是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一。但是盾构在穿越流塑性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时,存在土体受扰动发生液化、推进速度慢、刀盘形成“干饼”等一些技术难题。工程实践证明,使用泡沫不仅有利于保持开挖面土压力平衡,而且机械负荷及刀盘扭矩明显减少,解决了施工难题。     

土压平衡盾构掘进对散粒体地层扰动和开挖面破坏特性研究

 采用自主研制的? 800 mm土压平衡盾构掘进试验系统,对砂卵石与砂土地层开展室内缩尺掘进试验研究,以分析土压平衡盾构掘进对地层的扰动特征;同时,针对室内缩尺掘进试验,开展离散元数值模拟以分析盾构掘进开挖面的变形与破坏形态。研究表明：砂土地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的“圆形漏斗”状,砂卵石地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的“V型河谷”状;砂卵石地层地表横断面沉降槽宽度系数相比砂土地层要小;2种地层地中沉降槽宽度参数都随地中深度比的增加而呈线性增大,相同深度比条件下砂卵石地层地中沉降槽宽度参数要小于砂土地层;砂土地层沉降时间效应曲线较为渐进和连续,而砂卵石地层则呈现突变性;2种地层开挖面破坏形态均为烟囱状,但砂卵石地层的开挖影响范围无论在横向还是纵向上都要小于砂土地层。     

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。     

大直径土压平衡盾构掘进引起的地表沉降分析

为研究大直径土压平衡盾构掘进对地表沉降的影响,以迎宾三路隧道新建工程为背景,基于ANSYS与FLAC3D软件,建立了大直径土压平衡盾构穿越地层的三维模型。数值模拟结果表明,大直径土压平衡盾构施工会引起较明显的地表位移;数值模拟结果与经验公式及实测数据相吻合,证明了该数值模拟结果的可靠性以及等代层在本模型中的适用性;土仓压力取值过大或者过小会破坏土体极限平衡,造成过大的地表位移;当土仓压力在适当的范围内取值时,其大小变化对地表沉降基本无影响。     

长沙地铁典型地层盾构施工地表沉降分析与预测

分析了长沙地铁二号线沿线地层特征,以及盾构施工状况,基于长沙地铁土压平衡盾构穿越典型地层100多个地表沉降观测断面大量的地表沉降实测数据的统计分析,探讨采用Peck公式预测长沙地铁施工引起的地表横向沉降槽的可行性,得出了预测长沙地铁土压平衡盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围,即地表沉降槽宽度系数(K)0.3-0.6,地层损失率0.5%-1.25%。应用本文获得的地表移动参数,采用Peck公式可以较好预测长沙地铁施工引起的地表沉降,及其对于邻近结构物的影响。     

基于层次分析法对富水粉质黏土地层中盾构掘进模式适用性的研究

富水粉质黏土地层中,盾构掘进模式的选择是否合理会直接影响盾构掘进效率和地层沉降控制效果.因此,根据泥水平衡盾构和土压平衡盾构掘进特点、隧道穿越的地层特点以及地表沉降控制要求,采用层次分析法建立了盾构掘进模式评价模型,并综合采用专家经验法和工程类比法,确定了模型中各因素的权重;利用该评价模型对泥水平衡模式和土压平衡模式掘...     

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。     

富水砂卵石地层大直径盾构近距离穿越建筑物施工技术

依托成都轨道交通17号线一期工程九江北站–白佛桥站盾构区间工程,该工程地层具有高富水、高砂卵石含量、高强度漂石的特点,给大直径(8.634 m)土压平衡盾构机在这类地层施工增加了难度。采用地表注浆预加固、盾构施工参数控制、洞内同步及二次注浆等技术措施,解决了大直径盾构近距(4 m)穿越建筑物施工难题,有效保证了盾构施工的安全,大直径土压平衡盾构机首次在成都富水砂卵石地层超近距离穿越建筑物的成功实施,为同类工程提供了施工经验。     

盾构穿越铁路的沉降综合控制技术

以在铁路不慢点、不限速的条件下,利用加泥式土压平衡盾构在砂卵石层中成功穿越京九线和柳西线铁路为背景,阐述了盾构穿越铁路的沉降综合控制技术。     

上海外滩通道工程中土压平衡盾构下穿对地下通道沉降影响研究

通过上海外滩通道盾构下穿南京东路人行地道期间对人行地道的沉降监测实时数据分析,得出土压平衡盾构下穿对人行地道的沉降影响呈现周期性累加的规律。结合三维有限元分析,对盾构穿越期间人行地道的沉降趋势和纵向影响范围得出了定量结论,可为今后大直径土压平衡盾构穿越工程的环境影响分析提供参考。     

盾构平衡压力理论计算与应用技术

为了确保盾构穿越附近地表及建(构)筑物的安全,无论是土压平衡盾构还是泥水平衡盾构开挖面平衡压力的准确选取十分重要。对现今常用的周边圆弧形刀盘开挖面进行分析,通过开挖面几何尺寸理论计算准确推导出圆弧形刀盘开挖面原状土体无变形的各个点平衡压力计算公式。依据平衡压力计算和穿越不同地层、不同危险源提出周边圆弧形刀盘盾构土舱压力选取原则:在软弱地层、穿越重大危险源地段要严格按照平衡压力保压掘进,盾构土舱压力选取介于盾构上覆水土自重应力与静止侧向水土压力之间;在地层有一定成拱效应并且无重大危险源地段,根据地表沉降监测情况可适当降低平衡压力,盾构土舱压力选取介于地层水土自重应力与最小极限平衡压力之间,让地层土拱效应起作用,降低刀盘、刀具等的磨损。对于前大后小盾体的盾构机提出盾构在穿越软弱地层或重大危险源地段在盾体周围以平衡压力注入一定量的粘土,可有效降低盾体上方地表的沉降。对土压平衡和泥水平衡盾构施工有一定的指导作用。     

土压平衡盾构机下穿建筑群沉降控制技术

土压平衡盾构机穿越建筑群需要在较少扰动土层的同时,有效控制建筑物沉降.以北京轨道交通17号线15标十里河站—朝阳港站为实例,分析探讨了土压平衡盾构机穿越群房基础时的地表沉降控制的相关施工技术.     

土压平衡模型盾构掘进试验研究

土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一,然而,它在不同的土层中的适应性是不一样的。为研究土压平衡盾构机的盾构施工参数以及刀盘开口率对土层的适应性,在新建立的大型盾构模拟试验平台上,利用直径为1.8m的土压平衡模型盾构机在软土、砂土、砂砾土层中进行了盾构掘进模拟试验。试验平台的监测系统实时采集了盾构推进过程中的各种工作参数,通过分析试验数据,本文尝试对盾构掘进过程中土舱内外土压力的相关关系、刀盘扭矩和推力的变化及其影响因素进行了试验研究,还研究了不同刀盘开口率对盾构总推力和刀盘扭矩的影响规律,研究结果对土压平衡盾构机的设计和施工具有参考意义。     

土压平衡盾构在含砂层复合地层中下穿建筑物造成沉降原因分析及处理措施研究

以广州地铁某工程为背景,基于广州地区典型含砂层复合地层条件下的盾构掘进工程实践,分析研究了土压平衡盾构穿越复合地层引起房屋沉降的原因,并且对沉降过大处理措施进行分析,研究结果对指导复合地层条件下盾构隧道穿越房屋沉降控制具有重要理论和实际意义,也可为类似研究提供参考。     

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验与应用

依托南昌市轨道交通4号线一期工程,针对土压平衡盾构穿越富水砂层时遇到排渣不畅、喷涌等工程技术难题,展开渣土改良试验研究。介绍了砂性地层中常用的三种改良剂泡沫剂、膨润土和高分子聚合物,并针对此工程中的富水砂性地层,选取泡沫剂+聚合物的复合改良方式。开展改良后渣土的坍落度和渗透性试验,测试其流动性和渗透性,通过试验可以得到最优改良方案。对改良后盾构机掘进参数进行监测,如掘进推力、刀盘扭矩、推进速度、刀盘转速,数据表明该富水砂层盾构掘进采用"泡沫剂+聚合物"的渣土改良手段效果很好,降低了该地层的渗透性及内摩擦角,提高了粘聚力,解决了盾构在富水砂性地层开挖的技术难题,达到了土压平衡盾构掘进的要求,保证了盾构施工的高效、安全掘进。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构掘进渣土改良技术

土压平衡盾构机在富水砂卵石地层掘进过程中,由于土体流塑性差,土舱内的渣土无法及时排出,导致推进速度缓慢,盾构推力及刀盘扭矩增大等现象,易出现地表塌陷事故.为此,文章以成都地铁17号线一期项目盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究.试验结果表明:采用泡沫剂或泡沫剂+膨润土作为土体改良剂对砂...     

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。