面板式刀盘土压盾构在软土地层中的掘进施工技术

面板式刀盘土压盾构在掘进软土地层时,因其刀盘开口率小,掘进过程中会遇到姿态难调整、推力大、刀盘易结泥饼等问题。结合工程实例,从盾构始发洞门封堵、盾构姿态控制、掘进参数选择、刀盘结泥饼治理及地面沉降控制等方面分析与研究面板式刀盘土压盾构在软土地层中的掘进施工注意要点及相应处理措施。     

黏性地层面板式土压平衡盾构刀盘泥饼堵塞试验研究

面板式土压平衡盾构机在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,泥饼形成后会覆盖刀具、堵塞刀盘开口,从而降低刀盘的掘进效率,甚至使得盾构机完全丧失掘进能力,给盾构隧道施工带来严重影响。首先介绍了刀盘与土颗粒之间的黏附机理,通过自制的面板式刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究了盾构掘进速度和刀盘扭矩的变化规律及其与刀盘堵塞之间的相关关系。研究表明:刀盘堵塞是一个连续渐进的过程,土颗粒首先在刀具密集处黏附聚集,然后逐渐扩大形成泥饼;泥饼形成后会覆盖刀具,降低刀具对地层的贯入度,并堵塞开口,降低渣土通过效率;在掘进参数上面主要体现为刀盘扭矩增大、盾构掘进速度减慢、排土顺畅度降低;刀盘开始结泥饼后,刀盘扭矩的增长符合三次多项式函数关系,掘进速度呈指数型降低;试验同时表明,土体含水率对刀盘结泥饼及堵塞具有显著影响,当其接近塑限时,泥饼最容易形成,盾构掘进效率最低,刀盘开口堵塞风险最大。研究成果对于评估黏性地层面板式土压平衡盾构掘进刀盘结泥饼及堵塞的风险具有借鉴意义。     

深圳风化花岗岩地层盾构防泥饼渣土改良技术

依托深圳地铁某线盾构工程开展了风化花岗岩地层土压平衡盾构防泥饼渣土改良技术研究。通过对盾构掘进参数和刀具磨损分析,阐述了泥饼对盾构掘进参数和刀具磨损的影响,并结合地层制订了相应的渣土改良方案,有效预防泥饼出现。研究表明:盾构发生"结泥饼"后,推力明显增大,掘进速度逐渐减慢接近0,扭矩变化不大,采用分散剂浸泡刀盘,能消除一部分泥饼,但若渣土改良不合适,泥饼又将会快速形成;盾构结泥饼过程中,滚刀的磨损方式主要是偏磨,且刀具的磨损相对于刀盘回转中心呈现出一定的中心对称性;在风化花岗岩地层中,采用分散性泡沫剂和水可有效提高渣土的流动性,取得理想的改良效果;但在卵石土和风化花岗岩复合地层中,需采用膨润土、分散性泡沫剂和水相结合的渣土改良方案,提高渣土的抗渗性和流动性,且在风化花岗岩与卵石土复合地层和风化花岗岩地层中理想渣土的坍落度值为15～20cm;相比于渣土改良,地层对掘进参数的影响更明显,且盾构在卵石土和强风化花岗岩复合地层中掘进时,推力和扭矩相对较小。     

大直径泥水盾构长距离穿越粉质黏土层施工难点及对策

在大直径泥水盾构施工中,粉质黏土层施工一直是困扰行业的难题,尤其在长距离掘进施工中泥浆指标恶化快,进而出现出渣困难、刀盘结泥饼、泥浆泵易损坏等问题,导致盾构机施工负荷增加、效率严重降低。郑州新郑机场至郑州南站城际铁路盾构隧道作为我国首台大直径泥水平衡盾构机长距离粉质黏土层施工工程,工程实施过程中技术人员通过优化设备选型、创新施工技术、加强施工管理克服了管片上浮、刀盘结泥饼、泥浆泵故障率高等困难成功摸索出一套大直径泥水平衡盾构机长距离粉质黏土层施工经验,对后续同类项目有一定的借鉴意义。     

全断面中风化泥质粉砂岩地层中盾构施工技术

盾构在中风化泥质粉砂岩地层中施工刀盘极易结泥饼,长距离施工刀具磨损严重,且地层中蕴含裂隙水发育地段管片易上浮,从而造成掘进速度缓慢,本文结合工程案例次研究重心在于盾构如何在处理好施工难点的同时保证高质高效完成盾构施工,为今后类似地层盾构施工提供一定参考。     

富水复合地层中土压平衡盾构掘进参数控制

土压平衡盾构在富水复合地层中掘进,尤其在上部富水砂砾地层、下部泥岩的地层中掘进,盾构掘进参数控制难度较大,既有发生螺旋机喷涌的风险,又有刀盘、土仓结泥饼的风险。根据盾构埋深与水文地质情况,及时调整土仓压力,利用优质泡沫与高分子聚合物优化组合有效规避螺旋机喷涌风险;增加刀盘、土仓冲洗装置,掘进中同步冲洗刀盘、土仓,达到泥饼防控的目的。实践证明,通过合理的参数控制并辅助必要的设备优化措施,可以有效控制土压平衡盾构在富水复合地层掘进中因螺旋机喷涌、刀盘(土仓)结泥饼引起的地面沉降超限(坍塌)风险,保证盾构施工安全。     

两种刀盘形式的土压平衡盾构施工案例对比分析

针对北京地区地层特点,使用两种不同刀盘(辐条式、面板式)的盾构机在粉质黏土层、黏土层、细中砂层及全断面砾石层中掘进时,就掘进速度、地表沉降控制、土仓内的渣土搅拌效率、土壤改良效果及对盾构安全通过关键风险源点的有效管控和直接表现进行对比分析,得出更有利于北京地层特点的盾构施工的是辐条式刀盘结构的结论,为类似地质条件下盾构施工提供一定的经验和指导性建议。     

富水砂卵石地层盾构机选型与参数优化分析

针对西安地铁六号线长距离隧道盾构下穿富水砂卵石地层，结合已有的掘进技术经验，对选型主控因素进行了分析，确定了该区域盾构掘进选用土压平衡盾构机的选型方案。内容着重对6 m直径的V字坡隧道工程选用的盾构机外径、刀盘、刀具进行了理论计算与设计；结合现场实测数据的反馈，结果表明对盾构姿态、掘进速度、同步注浆等掘进参数不断优化，有效解决了刀盘结泥饼、刀具磨损等施工问题。     

局部黏土地层泥水盾构刀盘泥饼防治技术分析

泥水盾构对于地表沉降具有良好的控制效果,然而黏土地层的泥水平衡盾构施工往往会由于地层多变不可预测等问题造成盾构机刀盘结泥饼现象。结泥饼后,盾构掘进时刀盘扭矩增大,掘进速度降低,严重影响施工工效且存在较大安全隐患。因此,对于泥饼的分析及防治研究具有重要意义。     

基于多源参数分析的土压平衡盾构泥饼形成风险评估模型

土压平衡盾构在含黏粒较多的黏土层或岩层中掘进时,刀盘及土仓内经常出现结泥饼现象,造成掘进参数异常,严重影响施工工期及周边环境安全。依托广州地铁22号线地铁盾构隧道工程,结合已有研究成果及施工经验,从地质条件、盾构机选型、施工控制三个方面对泥饼形成机理及风险展开系统分析,基于层次分析法建立泥饼形成的风险评价模型,在实际工程中具有一定的适用性;并根据实际泥饼形成段盾构掘进参数的变化情况,研究各掘进参数与泥饼形成的关系,分析不同渣土改良等泥饼处理措施的适用性。     

广州地区软硬复合地层盾构施工技术研究

基于广州地区典型软硬复合地层条件下的盾构掘进工程实践,分析研究了盾构掘进过程中存在的刀盘刀具磨损、姿态难控制、结泥饼和喷涌等施工风险,从盾构选型、刀具配置与管理、掘进参数控制、盾构姿态控制、渣土改良与同步注浆及信息监测与反馈等方面采取应对措施,并以广州地铁二号线越～三区间盾构隧道施工为例进行说明.     

地铁盾构穿越富水砾砂地层渣土改良试验研究

富水砾砂地层具有内摩擦角大、渗透性强等特点,在盾构掘进时容易造成螺旋输送机堵塞或刀盘结泥饼等工程事故。通过改变含水率、泡沫剂浓度及膨润土泥浆浓度,测试砾砂渣土的坍落度得到其变化规律,同时观察土样的流塑状态,采用析因试验设计理论对多因素影响渣土改良试验效果的耦合作用进行显著性分析。研究结果表明:含水率是影响渣土改良试验的主要因素,最优坍落度范围为185～200 mm;当含水率为5%时,坍落度随着改良剂浓度的增高逐步降低;当含水率为16%时,坍落度随着改良剂浓度的增高而增大。对坍落度的显著性影响从大到小依次为含水率(A)、一级交互作用(A×C、A×B)、膨润土泥浆浓度(C)、一级交互作用(B×C)、泡沫剂浓度(B)、二级交互作用(A×B×C)。基于现场试验与等值关系图,得到最优坍落度对应的含水率、泡沫剂浓度、膨润土泥浆浓度范围分别为10.6%～14.2%、 2.5%～4%、11%～13%,研究结果对于提高富水砾砂地层的盾构掘进效率具有重要的指导意义。     

盾构施工过程中的土体变形研究

 基于盾构施工过程,利用弹性力学Mindlin解,通过坐标变换经积分推导刀盘与土体之间摩擦力所引起的地面变形计算公式,并得到盾构施工引起的总地面变形计算公式。结合杭州地铁一号线工程中具有代表性的粉砂土层,分析盾构与土体的复杂相互作用,并对盾构与土体相互作用引起的土体变形特征进行计算。通过计算发现,盾构施工中盾壳摩擦和正面推力是盾构推力设置的主要因素,而刀盘与土体摩擦是刀盘扭矩设置的主要因素,盾构前方土体隆起主要由盾壳摩擦引起,刀盘摩擦作用主要引起地表沉降的非对称分布,地表沉降主要由盾尾空隙产生。通过实例计算并与实测结果对比发现,使用盾构变形计算公式适用范围在盾构机头前后±2L距离处,对指导实际盾构施工具有重要意义。     

Determination of the cutterhead torque for EPB shield tunneling machine

Cutterhead torque is an important parameter for the design and operation of earth pressure balance (EPB) shields. Based on the analysis of several completed project cases from job sites, the conventional torque determination model based on experimentation proves rough enough to be improved. Composition and corresponding calculation method of cutterhead torque are presented, taking into account of cutterhead structure, cutting principle and the interaction between cutterhead and soil. Considering a Φ1.8 m EPB test machine in the lab, theoretical calculation following the improved model and test are carried out with three typical types of soils. Calculation and test results indicate that the cutterhead torque varies with geological conditions apparently, and the opening ratio of the cutterhead as well as earth pressure turns out to be the two most important factors in determining the cutterhead torque. The test results also show that the torque calculation formula for EPB shield tunneling can reasonably predict the excavation torque required by the cutterhead in clay soil tunneling, but for cohesionless tunneling, soil conditioning reduces the amount of torque necessary.     

盾构隧道管片与道床的稳定加固处理

处理淤泥质地基的上海地铁盾构隧道。经过四年的运行,淤泥地基出现变形,使盾构隧道产生不均匀沉降,导致地铁道床与管片剥离开裂,部分位置出现渗漏水和冒泥,为确保地铁的正常运行,本文介绍采用复合注浆法处理盾构隧道管片与道床的稳定与加固方法。     

地压平衡法在安庆长江盾构隧道施工中的应用

针对安庆长江盾构隧道工程难点，介绍了地压平衡法在盾构隧道穿越粉细砂地层施工中的应用，分别阐述了接收端渗漏的原因及封堵措施，地压平衡法施工方法和步骤及实施效果，为今后同类工程积累了宝贵经验。     

近距离平行高架桩基长距离盾构掘进施工的工程实践

上海世博会电力电缆隧道一标工程利用盾构法进行施工,本文分析了盾构法在施工中的特点和难点。通过对盾构掘进中施工参数的严格控制,解决了对高架桩基的沉降控制的难题,实现了近距离平行高架、长距离穿越高架桩基的施工。编制的沿高架桩基掘进专项技术方案,排除了盾构机推进过程中的各种故障隐患。可为今后类似的工程提供相关借鉴经验。     

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。     

地铁隧道穿越砂-黏地层沉降控制技术研究

依托广州地铁区间隧道下穿条形浅基础密集民居建筑群工程,通过渣土改良试验,明确各改良参数对渣土力学性能的改良效果及其合理范围。利用FLAC3D软件模拟盾构穿越松散富水砾砂、粉质黏土和风化花岗岩复合地层的施工过程,探究可有效控制地层沉降变形的盾构施工参数范围。研究表明:基于室内渣土改良试验用发泡剂浓度为3%的泡沫剂进行渣土改良,控制渣土含水率在16.95%、20.95%左右,泡沫剂掺入比分别为21%~46%、71%~92%,可将渣土塌落度、渗透性等力学性能改良至理想状态;根据盾构实况,应调整土仓压力大于原应力平衡体系静水土仓压力;通过增大注浆压力,最大化密实地层空隙与盾尾脱空间隔,提高加固层弹性模量,控制地层不均匀沉降;对比分析试验段、下穿段和危害建筑物的沉降监测数据,施工过程中采取渣土改良措施与设定优化的盾构参数,可将地层与危害建筑物的变形控制在规定的安全范围内。为类似盾构隧道提供技术指导。     

Ф14.93m泥水平衡盾构穿越乙烯管施工技术研究

以虹梅南路~金海路通道西线隧道为工程背景,从切口压力、掘进速度与盾构姿态、盾构推力与刀盘扭矩、注浆压力与注浆量、进排泥流量和泥水指标等参数管理和现场监测等方面,探讨了Ф14.93m泥水平衡盾构穿越Φ273mm乙烯管沉降控制施工技术,为类似工程提供了参考。