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。     

黏性土地层中土压平衡盾构推进实践分析

在黏性土的地层中,土的黏粒含量较高、天然含水量低,土压平衡盾构在掘进过程中易出现结泥饼、闭塞等现象,导致盾构掘进施工困难。结合哈尔滨地铁联络线3标段学府四道街站—哈西大街站盾构区间实际施工经验,利用泡沫剂对开挖土体进行改良,同时优化盾构掘进参数。实践表明,改良开挖土体和优化盾构掘进参数,可以很好地控制黏性土对土压平衡盾构机的影响,不仅能使土压平衡盾构机用于黏性土层施工,而且还能有效控制盾构机施工对周边环境的影响。     

土压平衡盾构穿越软硬交界地层时的施工技术

以福州地铁1号线土压平衡盾构掘进上软下硬地层为背景,分析了软硬交界地层对盾构掘进的不良影响,以及针对不良影响所采取的对盾构刀盘进行改良、对上部砂性土进行加固、合理设置施工参数等技术措施,最终保证了盾构机安全、顺利地完成掘进施工任务。     

土压平衡式盾构掘进过程的相似模型试验

土压平衡式盾构掘进过程是一个多系统综合运作的复杂力学过程。为实现土压平衡盾构掘进过程的相似模拟,设计制造能够完成掘削面开挖、螺旋出土器出土、盾构机推进、管片拼装、盾尾注浆等全过程模拟的土压平衡式模型盾构机。其次对盾构-地层系统的相关参量进行甄别,选出对试验结果有重要影响的参量,同时基于相似理论,通过量纲分析的方法得到盾构-地层系统的相似准则。基于该相似准则,进行土压平衡式盾构掘进过程的室内相似模型试验,获得土压平衡式盾构掘进对地层影响的一般规律,该试验结果经过相似关系换算后可直接反映出原型中的实际地层沉降量。这种能够实现掘进全过程模拟的土压平衡式模型盾构机为深入研究盾构施工对地层及周围环境的影响提供新手段。     

土压平衡盾构在砂卵石地层长距离穿越河流施工关键技术

从盾构机的改造,浆液配比试验,渣土改良等几个方面论述了土压平衡盾构隧道长距离穿越砂卵石地层并穿越河流的施工技术。在试掘进阶段对盾构掘进主要控制参数包括推进速度、刀盘推力、土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆参数等进行了调整。在掘进过程中严格按照试掘进阶段的参数执行。实施效果表明,完全达到了刀盘刀具的耐磨性要求,保证了盾构机在砂卵石地层中长距离穿越河流的安全。     

复合地层条件下盾构选型的风险分析

以广州复合地层条件下的盾构选型为例,从刀盘刀具对地层的适应性、盾构掘进模式及其工作参数选择出发,分析复合地层条件下采用盾构法施工时,盾构机选型的风险.结果表明,盾构机选型是复杂地层条件下地铁隧道施工的一项重要风险因素,并给出盾构在复合地层中掘进时的选型建议,可为类似工程条件下盾构机选型提供参考.     

复合地层条件下盾构选型的风险分析

以广州复合地层条件下的盾构选型为例,从刀盘刀具对地层的适应性、盾构掘进模式及其工作参数选择出发,分析复合地层条件下采用盾构法施工时,盾构机选型的风险.结果表明,盾构机选型是复杂地层条件下地铁隧道施工的一项重要风险因素,并给出盾构在复合地层中掘进时的选型建议,可为类似工程条件下盾构机选型提供参考.     

济南复合地层土压平衡盾构掘进效能实测分析#br#

依托济南轨道交通一号线复合地层土压平衡盾构掘进施工,提出一种在盾构机额定配置条件下的分项功耗和施工参数离散性指标双结合的掘进效能评价方法,并据此分析得到刀盘切削、盾构推进和螺机出土效能的变化特征。结果表明：①土压平衡盾构穿越济南复合地层时,盾构掘进总功耗在400~1250kW变化,其中,刀盘切削和盾构推进是盾构掘进功耗的主要组成部分,占总功耗的66%~84%;②刀盘切削的扭矩和转速具有明显的聚集特征,而盾构推进速度和推力分布形态的聚集特征弱于刀盘参数;③螺机出土的转速和扭矩在不同地层中的差异性不大,螺机参数的聚集特征不明显;④由于盾构掘进的分项功耗与其离散性指标不存在必然的联系,盾构施工中可能存在掘进功耗小但施工控制困难的情况,应在盾构选型及施工过程中予以充分考虑。     

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。     

土压平衡盾构机在复合板岩地层掘进参数的确定

针对复合板岩地层的盾构工程,介绍了盾构机主要掘进参数的理论计算方法,合理确定盾构施工参数,确保盾构机在掘进中快速、平稳、安全地通过,为类似地层盾构隧道掘进施工提供相应的理论依据。     

粉砂地层泥水盾构刀盘脱困工程实例分析

 杭州粉砂地层中,杭州沿江大道运河隧道工程施工中因泥水盾构刀盘被砂土裹牢受困无法转动而被迫停工。分析该工程盾构刀盘受困的原因,介绍处理措施及其环境影响,在此基础上提出预防泥水盾构刀盘在砂性土层掘进束缚受困的措施。分析表明：泥水盾构刀盘粉砂土地层中束缚受困后,切口正前方地面开槽,通过高压喷射水流冲射刀盘上附着砂土使其离散脱落的措施是安全可行的;开槽时应加强对周围环境的监控,避免开槽引起周围土层和已建成隧道结构的位移过大。泥水盾构在粉砂土层中掘进时,为避免刀盘被砂土束缚而无法转动,应保证泥水循环的通畅连续,确保泥膜质量,并适当提高泥水压力以维持开挖面稳定,提高泥水携带砂土的能力;盾构非掘进状态下,应定时转动刀盘,避免长时间停机、开挖面无泥水循环时砂土塌落沉淀附着刀盘。     

盾构掘进过程中影响刀盘磨损因素研究

针对沈阳地区砂土地层的盾构刀盘磨损研究较少的现状，以沈阳地铁一号线5标启工街至保工街段左右两条线为背景，对与刀盘磨损相关的掘进参数进行了统计分析，提出了刀盘扭矩的建议取值，从而有效指导盾构施工。     

沈阳富水砂卵石地层泥水盾构适应性研究

在砂卵石地层中地铁盾构掘进普遍面临着盾构载荷过大、刀盘刀具磨损严重、开挖面易失稳以及掘进速度缓慢等实际施工问题。为提高盾构在此类地层中的适应性,应选择合适的盾构类型,合理配置盾构设备并使施工参数之间有较好的匹配性,以保障盾构施工顺利高效进行。以沈阳地铁10号线11标砂卵石地层盾构区间为依托,通过对泥水盾构在此类地层掘进的适应性问题进行分析总结,提出了针对性的掘进参数匹配方案、泥浆配比建议以及刀盘刀具配置要求。相关结论可为今后类似地层条件下的泥水盾构施工提供较为全面的参考。     

富水砂卵石地层地铁盾构施工若干问题及对策

成都地铁工程大规模穿越市域富水砂卵石地层,该地层具有地下水位高、卵漂石含量高和卵石强度高等“三高”特点。一号线前期大量出现刀盘刀具磨耗严重、换刀频繁、带压换刀失效、刀盘结泥饼等现象,严重制约了盾构的掘进效率。在回顾成都地铁一号线一期工程前期盾构选型和施工的若干问题的基础上,提出并总结了富水砂卵石地层盾构选型和配置的一些具体对策,包括:树立“排出为主,破碎为辅”的地层处治理念,调整刀盘和螺旋出土器的结构型式、刀盘开口率、刀具布置型式,改进同步注浆浆液配比,优化泡沫系统和搅拌系统,改进碴土改良系统等。成都地铁一号线一期工程中后期以及二号线一期工程的施工实践表明:以上调整是有效的,盾构换刀距离和盾构施工平均月进度都获得了显著提高。     

上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。     

复杂地层大直径泥水盾构刀具磨损规律分析

分析了南京某越江泥水盾构隧道施工过程中8次换刀刀具磨损情况。对切削刀刀具磨损进行系统分类,分为两大类、九小类;研究得出:粉细砂地层中刀具磨损较小,该地层中刀具磨损过程分为三阶段,先行刀容许切削轨迹长为1 300 km;砂卵石地层刀具磨损严重,该地层刀具磨损过程分为两阶段,距离刀盘中心最远处刀具磨损普遍严重,随着掘进断面砂卵石含量比例增加刀具磨损相应增大,先行刀容许切削轨迹长为180~230 km,研究得出在砂卵石地层中刀具磨损的包络线。     

大型泥水平衡盾构机刀盘驱动部滑动装置研究

以国外泥水盾构机国产化研究为背景,对大型泥水平衡复合式盾构机系统中刀盘驱动滑动装置进行了研究,总结了刀盘驱动滑动装置的优点,指出其不仅可以在常压及带压条件下更换刀具时发挥作用,还可以在应急情况下进行泥水盾构机刀盘脱困,从而保证了盾构机能够顺利进行盾构施工,使隧道早日贯通。     

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。     

盾构施工对孔压扰动的三维流固耦合分析

如何对盾构施工过程中的孔压监测数据进行实时分析是工程实践中的难点问题。结合上海虹桥迎宾三路隧道工程,首先建立了包括各种盾构施工参数影响的分析模型,并将不同施工参数情况下超孔压计算结果与实测值进行了对比,验证了模型的合理性。之后分析了开挖面推力、注浆压力、掘进速度、开挖面水头、隧道埋深以及土体渗透系数等参数对隧道周围最大超孔压的影响,获得了最大超孔压拟合计算公式,与现场实测和解析解的对比说明三维流固耦合计算可更合理分析盾构施工对孔压的扰动。同时,较大的超孔压值对应于较大的地表沉降,因此可将实测孔压值与数值计算结果进行对比,从而进行施工参数的调整。在上海虹桥迎宾三路隧道工程试验段的施工过程中,现场监测数据表明可根据孔压监测值调整施工参数,最终减小地面沉降。