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。     

深圳春风隧道超大直径盾构机选型研究

在盾构法施工过程中,隧道建设成功与否,盾构机的选型及针对性设计起着至关重要的作用。本文以深圳春风隧道工程为例,吸取目前国内外类似大直径盾构隧道工程的相关经验,针对本工程较多分布的上软下硬、左右不均地层、富含断层破碎带等复合地层以及长距离全断面、高强度硬岩条件进行盾构机选型分析,重点介绍了超大直径泥水平衡盾构刀盘选型及结构设计、泥水循环系统选型设计、小半径曲线隧道针对性选型设计等研究比选成果,为类似工程条件的超大直径盾构机设备选型提供一定的借鉴。     

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。     

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。     

复合地层中超大直径泥水盾构刀盘刀具选型设计研究

随着城市地下轨道交通飞速发展,盾构施工法得到了广泛应用,尤其在长江的越江隧道施工中发挥了巨大作用。长江流域部分区域地层地质较为复杂,要保证超大直径泥水盾构机安全、高效地掘进施工,盾构机刀盘刀具的选型设计十分重要。论文针对南京建宁西路过江通道项目,综合考虑越江盾构区间地层地质情况,研究复合地层中超大直径泥水盾构机刀盘刀具的选型设计。     

超大直径泥水盾构下穿机场飞行区稳定性浅析

机场飞行区段地面沉降的控制标准很高,为保障超大直径盾构下穿飞行区期间稳定性控制,在盾构机设计方面及掘进过程中采取各种技术措施,确保盾构安全顺利下穿机场飞行区。本文介绍了白云机场T3交通枢纽轨道交通预留工程广珠（澳）盾构区间采用一台超大直径泥水平衡盾构机（φ14.31m）。大直径盾构掘进对周围土体扰动、不同埋深对机场飞行区地表沉降影响进行了分析和研究,保障下穿期间安全及地表的稳定,为大直径盾构隧道下穿机场飞行区的设计及施工等提供了有效的依据及相关技术标准。为防止盾构下穿沉降超过控制范围,需要通过技术手段控制地表沉降值,并对比现场施工情况与监测数据,得出以下结论：（1）通过径向孔空隙填充盾尾浆液的方式进行,在掺入比达到130%,继续增加浆液掺入比沉降控制效果已不太明显;（2）盾构下穿上软下硬的地层地表沉降值大小与坡度及埋深成正比;（3）二次补浆,能严格满足地面沉降控制与隧道成型质量要求。     

复合地层中超大直径泥水盾构掘进引起地表沉降的3D数值模拟分析

超大直径泥水盾构具有对复杂地质条件良好的适应性而作为穿越各类地下通道的施工方法,在掘进过程中引起地表沉降是需采取措施加以控制的。结合深圳妈湾跨海通道工程,利用ABAQUS 3D有限元软件模拟超大直径泥水盾构掘进过程,并利用现场实测数据验证模型沉降数据的合理性。数值模拟结果发现,超大直径泥水盾构对地表沉降的影响可分为5个阶段,其中第II阶段和第III阶段为主要阶段,地表沉降占比达60%;另外,模拟发现软、硬地层分界面变化对地表沉降具有显著影响,使最大地表沉降增加111%。数值模拟计算可为后续施工沉降预测及控制提供依据。     

珠海城际轨道交通工程大直径土压平衡盾构施工参数试验研究

盾构掘进过程不可避免地会对地层产生扰动,合理的选取盾构掘进参数对控制地层变形和提高掘进效率至关重要。珠海城际轨道交通工程采用大直径土压平衡盾构机掘进,采用现场试验和数值模拟的方法对全断面淤泥质土断面的土仓压力进行了现场的掘进试验和数值分析,利用现场实测数据对土仓压力对地面沉降的影响、不同土仓压力比情况下的推力进行了研究,并探讨了盾构机由全断面淤泥质土地层进入上软下硬地层扭矩和推力的变化情况。     

珠海兴业快线工程超大直径泥水盾构选型设计

珠海兴业快线工程是目前已在建的转弯半径最小的超大直径隧道工程之一,其需穿越上软下硬地层、全断面岩层、软土地层等复杂地质。对该工程的地质条件和施工难点进行分析,主要从盾构刀盘设计、驱动设计以及推进系统设计等方面开展盾构的针对性选型设计,对超大直径泥水盾构的设计和应用具有参考意义。     

上软下硬灰岩地层盾构刀具崩裂原因分析

通过对盾构机在上软下硬灰岩地层掘进滚刀出现较多崩裂的工程实例阐述,对刀具损坏原因进行了分析,寻找对策,以期指导今后在灰岩地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构的掘进。     

土压平衡盾构软硬不均地层掘进控制策略

上软下硬地层掘进盾构施工中极易出现地表沉降、刀具磨损等的难题,如何在上软下硬地层中控制掘进参数、判断刀具磨损及仓内状况是盾构施工管理的重点,本文结合广深地区上软下硬地层施工经验,对上软下硬地层盾构掘进策略进行总结分析,明确控制要点。     

超大直径盾构隧道始发关键技术

南京市纬三路过江通道工程Φ14.93 m泥水平衡式盾构已成功始发。南京纬三路过江通道工程位于南京长江大桥和已建成通车的南京长江隧道之间,是长江上第四条过江公路隧道,其直径大,承受水压高,所处位置地质情况复杂,隧道部分段要穿越上软下硬的复合地层,施工风险大;过江段采用X型交叉过江方案,隧道内部为单管双层结构形式。过江段隧道采用泥水气压平衡盾构机进行施工,一次性掘进距离长。盾构机始发作为盾构隧道施工的关键技术,包含了许多周到细致的工作。针对盾构机始发前各种工作的准备,总结出南京纬三路过江通道工程盾构机始发关键技术,为今后类似工程提供参考。     

雅万高铁大直径盾构隧道下穿轻轨施工技术

以印度尼西亚雅万高铁1号隧道施工项目为依托,研究复杂地层大直径盾构隧道下穿轻轨施工技术。采用我国自主研发的大直径泥水加压平衡盾构机,在分析场地工程地质条件的基础上,开展盾构性能参数研究、始发盾构掘进技术研究和盾构正常掘进研究。该施工技术方案解决高烈度地震地区地层复杂环境下高铁盾构掘进施工问题,盾构掘进风险得到有效控制。     

超大直径泥水盾构常压刀盘防结泥饼措施的探讨

以某海湾隧道超大直径泥水盾构为例,主要研究分析超大直径泥水盾构常压刀盘泥饼形成原因和防治解决措施。从盾构施工时穿过的地质、盾构选型、施工掘进参数控制、泥浆参数等方面,对超大直径泥水盾构结泥饼采取的一些方法进行分析和总结,对超大直径泥水盾构常压类刀盘防结泥饼做出合理的建议。     

粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道采用泥水盾构穿越黄河粗粒径砂卵石地层,是中国下穿黄河的首条地铁盾构隧道。总结兰州地铁1号线泥水盾构下穿黄河的经验,以及高水压粗粒径砂卵石地层盾构机选型、盾构掘进参数设定、穿越黄河风险控制等方面的经验,对泥水盾构在粗粒径砂卵石地层下穿黄河的风险控制和国产盾构机的发展具有重要价值。研究结果表明:泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要,盾构推力、泥水压力、注浆压力与水压力密切相关;深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好,盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区;掘进以平衡水压力为主,采用Terzaghi塌落拱理论计算的泥水压力值更接近实际。     

土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术

上软下硬复合地层是盾构隧道中的不良地层之一。文章针对这类地层的主要特征,分析了土压平衡盾构机掘进通过时容易产生姿态上抬、刀具损坏、地面沉降、土仓结泥饼、卡螺旋机的风险,提出刀具配置和更换、掘进控制、预设换刀区几方面的对策,并列举了一些对掘进时异常情况的辨别和处理方法,可为类似工程提供参考。     

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。     

软硬复合地层中盾构掘进刀盘受力分析与计算

针对广州地区典型软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,基于盘形滚刀破岩受力计算Rostami公式,建立起盾构机刀盘受力的计算方法。该方法可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况,并以广州地铁3号线天华区间的盾构隧道掘进施工为例,对刀盘受力进行了计算,从力学角度对软硬复合地层中盾构姿态难控制、刀具易磨损等作出解释。     

超大直径泥水盾构在砂土中的开挖面稳定性分析

超大直径泥水盾构近年来在国内外得到越来越多的应用,其开挖面的稳定性受到高度关注,而泥水支护压力控制则是保证开挖面稳定的关键。对超大直径盾构在砂土地层中的开挖面稳定性进行三维数值分析,重点研究在不同摩擦角下开挖面的失稳模式和极限支护压力,揭示了由泥水容重导致的支护压力不均匀分布对于预测结果的重要性。同时,还将三维数值模拟结果与基于极限平衡理论的楔形体模型进行对比,指出楔形体模型对于分析超大直径盾构开挖面稳定性的局限性。本项研究可为超大直径盾构在砂土中掘进时合理确定泥水支护压力和保持开挖面稳定提供参考。     

复合地层中盾构刀具磨损超前控制研究

通过分析国内土压平衡式盾构隧道典型工程案例,对上软下硬地层近年来的施工问题和采取的主要措施统计分析,总结出土压平衡盾构在上软下硬地层中施工关键问题及其规律.结合地层特性,针对滚刀磨损问题,提出评估上软下硬地层分布情况及盾构施工地质适应性问题的方法;同时,对盾构机掘进过程中的盾构推力、刀盘扭矩、贯入度变化监测统计,通过比...