粉质地层条件下盾构隧道下穿河道施工技术

对粉质地层条件下地铁盾构隧道施工过程中影响河道安全因素进行了分析,通过综合评判盾构掘进过程中的土仓压力、注浆参数、注浆量及注浆压力控制、盾构姿态控制等多个指标,确定了合理的盾构掘进参数及有效的隧道上浮控制措施,确保了盾构隧道的安全施工。     

盾构法穿越密集建筑群施工技术分析

随着城市地铁建设不断延伸扩张,隧道盾构施工面临着复杂的地表环境,大量穿越地表既有建筑物的盾构施工不可避免,解决隧道盾构施工引起的地表沉降暨对周围环境的影响问题尤为重要。本文以广佛地铁某标段穿越密集建筑群盾构施工为实例,从不同地质条件下盾构机土仓压力、掘进参数及掘进中注浆技术等方面分析了如何有效地控制地表及建筑物沉降。     

浅谈盾构机短距下穿既有线沉降工艺控制

盾构隧道下穿既有运营隧道时,将对既有隧道产生扰动,威胁着既有隧道的运营安全。针对土压平衡盾构下穿施工展开研究,探索粉质粘土地层盾构下穿施工中土仓压力、掘进推力、刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度、同步注浆量、同步注浆压力、出土量、盾构机姿态等施工参数的优化方法,提出适用于粉质粘土地层盾构下穿施工参数,形成盾构短距下穿既有运营隧道沉降控制技术,为西安地铁乃至西北地区盾构隧道下穿施工提供参考和借鉴。     

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。     

无锡地铁3号线一期工程重叠盾构区间施工技术

无锡地铁3号线一期工程长～机区间与新梅出入段区间在一定范围内形成重叠段隧道,采用下方盾构隧道先行施工,后上方盾构隧道施工的顺序,在地面加固重叠段下方隧道,夹层土注浆加固,下方隧道内临时钢支架安装,严格控制盾构掘进参数,合理选用同步注浆材料,科学监测的方法,成功穿越重叠段。     

盾构穿越大规模锚索区掘进参数及刀具磨损情况探析

深圳地铁13号线后海站—科苑站区间盾构隧道工程,盾构掘进过程中需穿越大规模锚索区。阐述了盾构穿越锚索区采取的"旋挖桩拔除锚索+静压注浆地层加固+开仓处理锚索"综合锚索处理措施,并对盾构穿越锚索区时的掘进速度、掘进扭矩、刀盘转速、掘进总推力、土仓压力及刀盘磨损情况等掘进参数进行了分析对比,通过调控各项参数在掘进过程中的变化趋势以及掘进过程中适时的刀盘磨损检查,保证了盾构穿越锚索区的顺利掘进。该研究成果可为类似工程施工提供参考。     

近距离盾构下穿既有地下通道变形影响及控制措施研究

在地铁建设中,盾构隧道近距离下穿既有地下通道是设计和施工的难点。文章以实际工程为例,采用三维数值分析方法,研究盾构掘进对地下通道的变形影响。结果表明:盾构穿越导致地下通道产生不均匀沉降,沉降量最大处位于两条隧道的中间;控制地层损失率在3‰以内,可满足地下通道的变形控制要求。采用信息化施工控制措施,根据监测数据及时调整和优化盾构机的掘进参数,控制地层损失率,同时加强同步注浆及二次注浆管理,可以保证盾构顺利穿越地下通道。     

全风化岩层中双线盾构上穿近邻地铁隧道影响分析

依托佛莞城际铁路盾构隧道在全风化花岗岩地层中上穿广州地铁七号线工程,针对全风化花岗岩地层致密、渗透系数小及双层四线叠交穿越复杂地层等特点,通过现场监测与三维动态有限元数值模拟手段,解决实际工程中注浆压力合理取值与既有隧道变形控制这两大难题。其中,通过模拟掘进隧道在不同注浆压力值的工况下,对既有隧道动态上浮变形值和地表沉降值的影响关系,进而确定最佳注浆压力值。同时,由于双层四线叠交穿越工况对既有隧道扰动的影响较大,为避免发生管片错台和开裂等危险,结合工程实际提出控制既有隧道变形的措施。研究结果表明：在全风化地层中注浆压力设为0.5MPa时,能合理控制地表沉降与既有隧道变形;穿越施工对既有地铁隧道竖向变形的影响存在“滞后效应”;盾构单线穿越后,既有隧道竖向变形呈现近似单波峰状的正态分布曲线;盾构二次穿越后,曲线形态由近似正态分布曲线向类“M”双波峰形转变,且波峰位置产生约2m的偏移;既有隧道横断面管片最终变形呈“竖鸭蛋”状,其横向椭圆度为1.4‰,竖向椭圆度为0.71‰。针对分析结果,工程中采取合理的压重措施,有效抑制既有隧道的上浮变形,研究成果在隧道穿越类似地层的施工中具有一定的参考价值。     

深圳地铁下穿儿童医院宿舍楼盾构技术研究

深圳地铁3号线福田至少年宫区间需下穿深圳市儿童医院宿舍楼,宿舍楼桩基桩底距离地铁隧道顶仅4.8~5.8 m,穿越地层为花岗岩全~强风化层,盾构机掘进通过过程中将会对儿童医院宿舍楼造成影响,从而成为该区间盾构工程最大的施工危险源。本文通过分析穿越地层特征、盾构施工对宿舍楼的潜在危胁,系统提出盾构施工参数,包括土仓压力、推进速度、出土量、同步注浆措施等。     

泥岩地层土压平衡盾构近距离下穿既有线沉降控制技术

以成都地铁30号线航天立交站-惠王陵站盾构区间隧道在泥岩地层近距离下穿既有运营地铁线工程为背景,通过下穿前对穿越既有线隧道进行数值模拟分析,并设置试验段进行模拟掘进,拟定试掘进参数,以及在穿越过程中采取掘进参数控制、中盾注浆、同步注浆、管片脱出盾尾后二次补充注浆及穿越后及时进行洞内深孔注浆等综合沉降控制技术措施,并通过自动化监测手段,有效降低了下穿时对既有地铁线沉降的影响,最终在保证既有线路安全运营的前提下,安全、顺利完成盾构穿越工作,为类似盾构工程提供借鉴。     

溶洞地层盾构施工技术探讨

以广州地铁五号线岩溶地层盾构技术处理措施为例,分析了溶洞的特点和分布特征.采用钻探法和CT法结合的勘察方法,论证了盾构通过岩溶地层的特殊处理办法,结合盾构施工情况对隧道进行检测,结果表明注浆均达到设计效果.最后,总结盾构掘进过程中需要注意的问题,保证施工质量.     

超大直径盾构下穿棚户区沉降控制技术研究

超大直径盾构下穿老旧棚户区微扰动施工控制是地下工程实践中面临的重要难题。本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站区间盾构下穿棚户区项目为工程背景,首先对提出全断面粉细砂层注浆加固工艺并进行浆液配比实验给出最佳浆液配比,并对盾构施工过程进行实时监测监控,根据工程具体情况对盾构机下穿掘进参数进行分析,最后提出超大直径泥水盾构穿越棚户区施工的控制措施。研究结果表明:袖阀管注浆加固工艺对超大直径盾构下穿的老旧棚户区具有较好的保护作用,现场试验确定最佳水灰配比为0.8∶ 1;盾构穿越过程中地表沉降纵向变化呈近似U型分布,横向变形出现明显沉降槽,加固棚户区老旧结构基础最大隆起值为15 mm,建筑结构整体先隆起后减弱,且沉降值控制在15 mm以内;盾构机总推力和刀盘扭矩、盾构机总推力和土舱压力、出土率和土舱压力具有变化规律一致性。研究结果为揭示超大直径盾构下穿老旧棚户区施工过程对地层和地面建筑结构的影响规律提供参考和依据。     

基于BP神经网络的复合地层盾构掘进参数预测与分析

复杂地质条件下盾构机掘进参数的有效预测可以对盾构施工进行针对性的指导。基于深圳地铁11号线车公庙站～红树湾站和南山站～前海湾站两个区间Φ7m盾构施工现场监测的掘进参数,首先采用BP人工神经网络方法建立了复合地层条件下盾构掘进参数的预测模型|其次,以地层参数为输入组和盾构掘进参数为输出组,通过对数据样本进行训练,得到的输出值基本与原始数据一致,说明该预测模型具有很好的非线性映射能力;最后,采用盾构区间典型地段的地层参数,利用所建立的模型预测了复合地层条件下的盾构掘进参数,预测值与实际数据变化规律相近,平均误差在15%以内。本文建立的BP神经网络模型可用于复合地层条件下同类型盾构掘进参数的预测。     

复合地层盾构刀具磨损分析与预测

盾构机在复合地层中进行掘进时,刀具磨损严重,易发生偏磨,是制约土压平衡盾构机长距离高效掘进的重要因素。通过气压开仓和常压开仓技术,对深圳地铁9号线区间隧道盾构刀具进行现场磨损监测,分析了不同类型刀具在复合地层中的磨损规律,回归得到了不同类型刀具的磨损系数,并据此推算了盾构机在类似地层条件下的最远掘进距离。为准确预测盾构机掘进过程中刀具磨损情况,文章利用遗传算法优化BP神经网络模型对刀具磨损进行了分析,模型综合考虑了盾构机掘进速度、推力、扭矩等影响因素,预测结果与实测值接近。研究成果可为类似地层条件下的实际工程中盾构机的刀具磨损量、最长掘进距离等预测提供理论支持,对实际施工有一定指导作用。     

PSO-based Elman neural network model for predictive control of air chamber pressure in slurry shield tunneling under Yangtze River

The excavation face stability is crucial for safety and risk management in slurry shield tunneling, especially for the river-crossing tunnel. To avoid face collapse or blow-out, shield operators need to keep air chamber pressure balanced using their own experience, which would be difficult, discontinuous and less reliable in the process of construction. Considering the disadvantage of the manual control process, this paper presents a predictive control system for air chamber pressure in slurry shield tunneling using Elman neural network (ENN) model. It mainly contains a theoretical model, an ENN predictor and an ENN controller to set optimal control parameters automatically tracking the desired air chamber pressure. Moreover, to improve the learning capability of ENN model, a particle swarm optimization (PSO) algorithm is implemented. This system has been tested with collected data of slurry shield operation parameters in the Yangtze riverbed metro tunnel project in Wuhan, China. Analysis revealed that the predictive control system using PSO-based Elman neural network model in this paper has the potential for enhancing face stability in slurry shield tunneling.     

基于改进BP网络的盾构隧道开挖地表沉降预测

盾构隧道施工中引起的地表沉降是衡量开挖方式是否合适的关键指标。文中在介绍BP神经网络及盾构施工引起变形情况的基础上,对基于BP神经网络的盾构隧道开挖引起的地表沉降预测进行了研究,考虑了训练样本中奇异数据的剔除,采用变步长的方法,并选取适当的动量项系数,综合考虑各种影响因素,建立了盾构隧道开挖引起的地表沉降预测的BP网络模型,并对广州地铁二号线进行了具体的预测分析。分析结果表明:理论计算结果与工程实际情况一致,误差小于5%,所建立的预测模型是令人满意的。     

海底盾构隧道最小覆土厚度选取探讨

覆土厚度的选取与海底隧道的安全与造价息息相关，是水下隧道纵断面线路设计的主要参数之一。目前对于最小覆土厚度的确定方法我国还没有一个统一的准则。文章针对珠江三角洲水资源配置工程狮子洋段盾构隧道覆土厚度选取问题，结合国内外海底隧道的相关工程案例，通过三种理论模型分析研究了覆土厚度的取值范围，并利用有限元数值计算方法对理论分析结果进行验证。结果表明：理论模型中，改进计算方法和修正考虑注浆力计算法计算结果更加合理，得到了该海底盾构隧道最小覆土厚度为18m左右。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

基于实测内力的大直径水下盾构隧道荷载反演分析

作用在管片结构上的水土压力是管片设计的关键,但目前盾构隧道管片衬砌结构的荷载确定尚未有一个统一的方法,开展现场测试获取管片衬砌结构的水土压力是一个有效的解决途径,但受工法特性影响,所得测试数据通常具有一定的误差。依托武汉地铁8号线越江隧道工程,基于较为准确的结构内力实测值,针对岸边深埋段和水下浅埋段两种典型地层条件,对管片所受竖向水土压力和侧向压力系数进行双参数荷载反演分析。研究结果表明：隧道位于岸边深埋段、洞身穿越均一地层时选取竖向水、土压力作为反演参数,而隧道位于水下浅埋段,洞身穿越多种地层时选取竖向水压力和侧向压力系数作为反演参数是合理的。针对越江隧道岸边深埋段的地层特性,拱顶竖向土压力取等效于拱顶以上2倍洞径范围内土柱所产生的压力,水压力需根据地层渗透性予以折减,折减系数一般在070～085;对于水下浅埋段,竖向土压力可按照全土柱法计算,水压力取上部全部水压,侧压力系数反演值较隧道所处地层地勘值偏大。     

盾构隧道施工对砂性地层的扰动及管片受荷特征

以西安地铁土压平衡式盾构穿越砂性地层为背景,采用颗粒流(PFC^2D)数值方法研究盾构施工对砂性地层的扰动情况,同时通过现场测试获取砂性地层下盾构隧道管片衬砌的荷载分布和内力特征。研究结果表明,相对于黄土等粘性地层而言,砂性地层的颗粒性较为突出,盾构开挖引起的地层移动在空间分布上连续性较差,出现局部松动或欠密实区域。砂性地层透水性较好,孔隙水压力测试值与水头高度有很好的相关性,但土压力测试值要低于实际受力值。受各种施工荷载的影响,管片弯矩和轴力在盾尾脱环阶段波动较大,随着盾构的推进,盾尾注浆等施工荷载对结构受力的影响减小,当脱出盾尾10~15环后,管片内力逐渐稳定。研究成果可为砂性地层土压平衡盾构隧道的设计与施工提供参考。