超大直径泥水盾构施工难点与关键技术总结

超大直径泥水平衡盾构技术在工程中得到越来越多的应用,但在穿越复杂地层掘进施工时,仍面临多项科学技术难题。通过南京长江隧道、扬州瘦西湖隧道和武汉地铁8号线越江隧道工程,针对工程特点和施工难点,总结了超大直径泥水盾构隧道穿越诸如淤泥质粉质粘土、硬塑膨胀性粘土、粉细砂与砾砂(岩)复合等复杂地层时的关键技术,主要包括:超浅覆土始发、掘进和接收技术,泥水平衡盾构机膨胀土地层适应性改造技术,刀盘刀具严重磨损后常压下刀具更换技术,全断面黏土地层高效环流及出渣技术,硬塑粘性土地层的盾构施工技术与开挖面稳定性控制技术,4.2 bar高压气环境下动火焊接技术,江中高水压、超薄强透水地层长距离掘进技术,大直径盾构轴线控制与小半径曲线精准接收技术,超大型管片高精度预制技术和双层大直径隧道内部结构快速施工技术等,对推动我国超大直径泥水盾构技术的发展具有重要的参考价值和指导意义。     

超大直径泥水盾构施工风险防控方法研究

超大直径盾构施工技术以其安全、高效的特点,在长大隧道施工中得到越来越广泛的应用。但在穿越复杂地层掘进施工时,仍面临多项施工风险。针对苏埃通道越海隧道工程的特点和施工难点,总结了超大直径泥水盾构在施工中存在的主要风险,具体表现在始发风险、软硬不均地层刀具配置风险以及开挖面失稳风险等。通过开展岩机作用机理试验、始发相关参数模拟与分析试验、开挖面稳定性数值试验等,提出大直径泥水盾构施工中存在主要风险的解决办法,对提高施工现场的掘进效率和减少施工事故具有重要意义。     

盾构刀盘改进及应用研究

盾构刀盘是在盾构掘进过程中起重要作用的部件。为了降低设备采购成本、提高设备的适应性,对适用于软弱地层中的地铁隧道施工的直径6.24m土压平衡式盾构刀盘系统进行改造,以适应单区间长距离全断面砂砾复杂地层工程的施工。介绍改进方案制定、技术工艺实施,并对改造后的刀盘实际掘进效果进行分析研究。实践证明只要改进措施得当,实施工艺合理,不仅可以扩大盾构适用范围,还可以有效提高其掘进性能指标,从而显著提高盾构施工的经济效益。     

广深港高铁狮子洋隧道科技创新与应用

狮子洋隧道是广深港高铁穿越狮子洋海域的关键工程,被誉为"中国世纪铁路隧道".工程面临行车速度快、掘进距离长、地层复杂多变、盾构地中对接、水压力大、安全标准高等6大世界级技术挑战.通过系统创新,成功解决了多项难题,总体达到国际领先水平.主要技术指标与技术特征:(1)是世界行车速度最高的水下隧道.(2)是国内最长的水下隧道和世界长度第二的水下盾构隧道.(3)是国内首座铁路水下隧道.(4)在国内首次进行盾构地中对接.(5)世界上首次采用大直径复合式泥水盾构穿越水下全断面基岩及风化槽.(6)是当时国内水压力最高的盾构隧道.(7)开发了世界首个双孔单线高铁隧道洞口缓冲结构.(8)建立了国内首个水下隧道紧急救援站.(9)单台盾构最大掘进长度5200m,是国内在复合地层中一次掘进最长的隧道.     

浅埋软弱地层双线大直径隧道风险控制技术

大量浅埋隧道盾构掘进易出现开挖面失稳、隧道上浮、地面冒浆及地表沉降大等现象,直接影响到工程施工安全。就此问题,结合上海人民路新建双线越江隧道工程,对大直径泥水平衡盾构穿越浅埋段的施工风险进行全方位分析,对双线盾构浅埋软弱地层近距离掘进技术进行了深入研究。     

非煤高瓦斯隧道盾构施工技术研究

目前盾构技术在低瓦斯隧道中应用较为普遍,但在高瓦斯隧道中未见公开报道,为实现高瓦斯隧道盾构作业,进行相应的施工技术研究势在必行。本文以成都轨道交通19号线新红区段为例,简述了区段瓦斯地质背景,地层具有瓦斯浓度高、赋存条件复杂等特征,为解决这两大工程难题,提出了一套非煤高瓦斯隧道盾构施工工艺流程,并从盾构始发前和掘进过程中两个阶段进行研究论述:盾构始发前,一方面基于瓦斯隧道施工关键技术,从通风、监测、设备防爆三个方面进行研究设计,针对高瓦斯隧道盾构施工风险,提高了隧道通风的安全储备,优化了瓦斯超限报警浓度和相应处理措施;另一方面,采用超前地质预报解决非煤地层瓦斯分布不均衡的难题,结合瓦斯抽排预处理技术,降低盾构区间地层瓦斯浓度及施工风险;盾构掘进过程中,通过刀盘改良、控制掘进参数、超前孔排气、渣土改良、盾体结构及衬砌密封等措施控制瓦斯涌出量,以确保区段隧道盾构安全施工。通过本套施工技术可实现非煤高瓦斯隧道盾构作业,为非煤高瓦斯隧道盾构施工提供重要参考。     

泥水盾构砂土液化地层掘进姿态控制技术研究

当前城市地铁隧道普遍采用盾构法施工,但随着盾构施工过程中遇到的地层越来越复杂,对盾构施工技术提出了更高的要求。尤其是在特殊地层条件下,如隧道底部为在震动作用下易液化的粉细砂地层,泥水盾构掘进过程中出现盾体整体"下沉"情况,造成成型隧道管片出现破损、错台、渗水、漏砂及姿态超限等质量、安全问题。以广州地铁八号线北延段某一标出入段线区间盾构隧道为依托,研究砂土液化地层泥水盾构掘进过程中采用盾体底部惰性浆液注入为核心,加强过程参数控制等措施预防液化地层盾体下沉的施工技术。     

大直径泥水平衡盾构长距离穿越长江上软下硬复合地层施工技术

文章总结了盾构长距离穿越上软下硬地层的施工技术,从刀盘刀具配置、掘进参数控制、管片拼装、同步注浆等方面提出了大直径泥水盾构穿越上软下硬地层中的掘进技术控制,对复合地层大直径泥水盾构穿越技术提供技术参考。     

地铁隧道大直径“单管双线”技术

由上海城建市政工程（集团）有限公司总承包的上海市轨道交通11号线南段土建工程9标东区隧道盾构顺利进洞,该标段全线贯通。该工程采用的是两台直径11．58irl的大直径泥水平衡盾构同向掘进、内部结构同步施工,是全国首次大直径泥水盾构在吹填土不稳定地层中掘进。     

长距离重叠并行下穿运营地铁隧道施工关键技术研究

为保证盾构长距离重叠、并行下穿运营地铁隧道施工中既有线路的正常运营,确保盾构隧道的安全掘进,文中依托长沙地铁3号线下穿地铁1号线的成功工程案例,通过结合数值模拟计算、现场施工控制和监测方案布置,对地铁隧道在复杂下穿工况下的施工技术进行全面分析.研究结果表明,盾构施工工法、地层地质条件和现场控制措施均是隧道安全掘进的重要...     

地铁盾构隧道掘进中同步注浆施工技术探析

在地铁隧道施工过程中常用的方法之一是盾构法,这种技术能有效地避免施工对周边地层和建筑物产生的影响。深入探究了地铁盾构隧道掘进中同步注浆施工技术,首先论述了地铁盾构同步注浆技术原理,在此基础上分析了地铁盾构隧道掘进中同步注浆材料与技术要点,最后简单叙述了地铁盾构隧道掘进中同步注浆技术的应用,期望借助研究可为后续的类似项目施工提供参考。     

大直径盾构近距离下穿既有隧道风险控制研究

为了减少大直径盾构在砂卵石地层近距离下穿既有地铁隧道的不利影响,以北京地铁08标2#风井～3#风井区间盾构工程为背景,从盾构关键部件改造、试验段掘进参数优化、施工过程中采取的措施等方面研究了砂卵石地层大直径盾构顺利掘进并且有效控制既有地铁隧道变形的控制技术。采用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了盾构掘进过程中既有地铁隧道的变形分布规律,结果表明采取措施后的结构变形满足水平位移±1mm、垂直位移(沉降)3mm以及综合维修轨道变形±3mm的要求,验证了上述风险控制措施的有效性,该工程的顺利实施可为今后类似工程提供有益的借鉴。     

粉细砂地层大直径盾构下穿大堤风险控制研究

城市中修建过江隧道通常要穿越两岸防洪大堤,盾构的掘进势必会扰动大堤下卧地层,引起地层位移,以往工程实例研究显示,大堤沉降比普通地表沉降要大很多,而不均匀沉降过大将导致大堤开裂,威胁到大堤的稳定性与安全性。本文基于长沙市南湖路湘江隧道工程实例,对大直径泥水盾构斜下穿湘江西岸防洪大堤过程中,大堤超载、偏压以及大堤下卧饱和粉细砂地层引起的施工风险进行分析,同时提出大直径泥水盾构斜下穿大堤时泥水压力、顶推力参数设置和饱和粉细砂地层中掘进速度控制的相关措施。     

深圳复合地层Φ7m土压平衡盾构刀盘地质适应性分析

刀盘是盾构机的重要组成部分,具有开挖、搅拌和稳定地层功能,刀盘与隧道开挖地层的地质条件之间的适应性是影响盾构机掘进性能的关键因素。为了研究复合地层盾构刀盘的地质适应性,本文以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间隧道施工为背景,对我国研制的首台Φ7m复合式土压平衡盾构(CET6950型)的地质适应性开展研究。在分析复合地层对盾构施工不利的地质影响因素的基础上,提出了Φ7m盾构刀盘适应性的功能要求,完成了刀盘的关键参数计算。盾构掘进效果的分析表明,该型盾构的刀盘设计满足复合地层掘进的要求,刀盘与地质条件具有良好的适应性,盾构在实际掘进中取得了较高的掘进速度。该文研究成果可为复合地层条件下大直径地铁盾构刀盘的地质适应性设计提供借鉴。     

不同直径盾构隧道地层损失率的对比研究

地层损失率是引起地面沉降最主要的因素之一。因此,收集了国内盾构隧道地面最大沉降实测数据,利用Peck公式反推得到地层损失率的取值,研究大直径(D10m)与中小直径盾构隧道地层损失率的分布规律及主要影响因素。结果表明:(1)中小直径、大直径盾构隧道施工引起的地层损失率分别有93.19%在0%～2.0%、近70%在0%～0.5%之间,大直径盾构隧道施工引起的地层损失率数值更小,分布更集中;(2)中小直径、大直径盾构隧道引起的地层损失率分别随着地层条件变好、地层渗透性的变小而减小;(3)两种直径盾构隧道的地面最大沉降与地层损失率均具有一定的线性相关性;(4)隧道覆土深度比与地层损失率的相关性较弱;(5)中小直径盾构隧道引起的地层损失率随着地层黏聚力、内摩擦角以及弹性模量的增大而逐渐减小。研究成果可为今后相关地区类似隧道工程施工诱发的地面沉降预测和施工控制提供科学参考。     

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层中的适应性设计

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层长距离掘进时,容易出现沉降控制难、盾构姿态不易控制、刀具磨损严重和刀盘结泥饼等现象。以环城北路—天目山路提升改造工程01标段为工程依托,针对工程盾构直径大、盾构隧道穿越地层变化大和上覆土浅的特点,从盾构隧道刀盘选型、刀具布置等方面对盾构机进行针对性设计,总结了上软下硬岩性多变地层盾构选型的具体措施,有效提高施工效率,降低带压换刀的风险,保证施工质量,显著提高经济效益和社会效益。     

砂性地层中轨道交通盾构穿越既有城际铁路大直径隧道施工技术

根据郑州砂性地质情况,叙述轨道交通盾构上穿既有城际铁路大直径隧道的施工技术,将数值分析结果与工程实例相结合,在保证大直径隧道结构安全的前提下,建立盾构隧道穿越既有大直径隧道的施工控制技术体系。该技术体系由施工前的勘察预测与抉择、施工过程中的监控量测与反馈控制、施工结束后的长期预测与监测控制3部分构成。通过一系列施工技术措施降低对既有大直径隧道的影响,并提出受影响时的补救措施。施工应用表明,通过该措施有效控制既有大直径隧道的上浮,提高盾构在穿越施工中的掘进效率。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

超大直径盾构下穿城市道路及管道施工技术研究

依托成宜高铁锦绣隧道盾构法施工经验,介绍分析了在超大直径土压平衡盾构下穿浅覆土段城市主干道和地下管道过程中,如何根据地层的不同分布采用地质雷达法或和被动源面波法对浅埋段进行辅助探测,以及如何通过针对性地设置掘进参数、地面预注浆加固、监控量测等施工措施,保证盾构平稳顺利地完成下穿并有效降低施工风险的内容。旨在通过施工措施研究和监测数据统计分析,对后续采用超大直径土压平衡盾构类似施工提供相应的借鉴。     

类矩形土压平衡盾构施工附加应力分析

 采用弹性力学Mindlin解,考虑刀盘正面附加推力和不均匀壳体摩阻力,分析类矩形盾构施工引起的土体附加应力。结果表明,类矩形盾构掘进引起的附加应力具有区域特征,刀盘前方土体受压,后部土体受拉。与双圆盾构、大直径圆形盾构相比,类矩形盾构掘进引起的附加应力较小,接近大直径圆形盾构,有利于土体扰动控制。研究结果可为类矩形盾构施工地下管线保护、地层扰动控制及“单洞双线”地铁隧道盾构选型等提供参考。