16m级盾构始发筑岛围堰湖相淤泥原位固化试验研究

为满足城市内湖筑岛围堰内超大直径盾构始发作业需求,依托武汉两湖隧道(南湖段)PPP项目3标围堰淤泥固化工程,开展湖相淤泥固化剂适配性试验,探究固化剂成分配比、固化剂质量分数、喷搅工艺及浮淤对固化效果的影响;通过轻型动力触探试验、固化翻浆层厚度测试明晰淤泥固化效果,以获取最佳固化剂质量分数及固化工艺。试验研究表明:1)通过固化剂适配性试验、现场原位固化试验可知,湖相淤泥采用原位固化工艺是可行的,能满足施工承载力等指标要求;2)针对南湖湖相淤泥,考虑固化土强度及均匀性,选取m_(水泥)∶m_(工业废渣)=6∶4、固化外加剂质量分数为1‰及固化剂质量分数为10.5%的固化剂处理效果较好;3)采用“4搅4喷”固化工艺,可以减少翻浆浪费,且可以均匀加固淤泥地层。通过评估不同工况下筑岛围堰内试验田淤泥固化效果,提出了最佳固化剂质量分数及固化工艺,解决了淤泥固化强度不足、均匀性不良等质量问题。

盾构下穿仑头海高水压粉细砂地层渣土改良试验研究

为解决土压平衡盾构穿越高水压粉细砂地层时易喷涌、开挖面塌陷等技术难题,依托广州地铁12号线下穿仑头海盾构工程,通过筛分试验、改良剂性能试验、砂层喷涌模拟装置设计及现场工程验证等手段,对高水压粉细砂地层下土压平衡盾构喷涌防控技术开展研究。试验研究成果:(1)针对本工程粉细砂地质特性,确定合理改良剂品种及配比,优选了膨润土膨水比、膨化时间及掺入比;(2)基于相似理论,设计了一套模拟砂层喷涌发生、评价装置,直观反映不同工作压力下改良剂改良砂样的效果,为渣土改良试验提供技术支撑;(3)通过评估喷涌发生装置砂样喷出的流速v、水平距离ΔL等参数,确定了特定级配砂样所需改良剂的相关配比及掺入量,并形成了防喷涌渣土改良实施方案。结合实际盾构穿越仑头海砂层运用效果,指导现场膨润土改良参数控制,验证了膨润土相关参数及喷涌模拟装置可靠性,避免了盾构穿越富水砂层喷涌风险。

曲线隧道施工通风沿程阻力损失数值模拟

山岭地区修建隧道,受地形、地质等条件限制,时有采用曲线隧道方案。相比于传统直线隧道,曲线隧道在施工通风方面存在差异。本文依托某特长曲线隧道工程,采用三维数值模拟,建立"风机-风管-隧道"施工通风系统模型,对不同半径、不同风速条件下,曲线隧道及风管沿程阻力损失进行计算,并与直线隧道进行对比,得出下述结论:(1)曲线隧道沿程阻力损失系数随曲线半径减小而增大,受风速影响较小,与掌子面距离400 m后发展稳定,并拟合出计算公式;(2)风管沿程阻力损失系数受隧道曲线半径和风速影响较小,与风机距离100 m左右已发展稳定。本文可为曲线隧道施工通风沿程阻力损失系数的选取提供参考,具有实际工程意义。

曲线隧道施工通风流体速度场影响因素研究

依托金家庄曲线隧道施工通风项目,基于FLUENT有限体积软件对曲线隧道通风进行数值模拟,研究曲率半径、末端风速、末端距离、悬挂位置4个因素对曲线隧道内流体速度场分布规律的影响。研究结果显示:(1)曲率半径使曲线隧道外侧风速相比内侧风速更大,且曲率半径越小这种影响越明显;(2)末端风速和末端距离对曲线隧道内流体速度场的横向分布规律基本无影响,只影响速度场的轴向分布大小;(3)风管悬挂位置的影响较为明显,体现在曲线隧道内远离风管一侧风速明显大于靠近风管一侧风速。本文同时分析了各因素影响的机理,结合金家庄曲线隧道的通风方案,开展现场实测验证了所得结论的正确性。研究成果对曲线隧道施工通风的相关设计具有指导意义。

基于双道激光图像识别的盾尾间隙实时监测技术研究

针对传统人工测量盾尾间隙数据滞后,无法直观反映盾尾间隙变化趋势的问题,开展盾尾间隙自动化监测技术研究。采用双道激光作为预制标尺,通过工业相机获取盾尾管片图像,对图像进行处理后根据像素距离计算盾尾间隙数值。该测试技术可以在盾构掘进过程中实时测量盾尾间隙变化情况,并先后在多个项目进行了现场测试。由现场测试结果可知:1)该自动化非接触测量技术能实现盾尾间隙一键式测量,测试过程中不影响盾构正常施工;2)该测量装置能实时监测盾尾间隙,模拟盾尾椭圆度,监测盾尾变形情况及盾尾与管片的空间状态;3)采集装置采用双道激光发射器,能精准建立实际距离与像素距离之间的几何关系,提高测量装置的测试精度,使测量精度控制在3.8 mm内。

曲线隧道有毒有害气体流场特性及优化研究

以金家庄特长螺旋隧道工程为研究背景,采用CFD分析软件和现场测试相结合的分析方法,对曲线隧道施工掌子面通风的相关参数进行分析和优化,减少有毒有害气体的浓度,指导现场风管布置及分析CO聚集点。分析结果表明:(1)随着曲率半径的减小,CO浓度的不均分布愈发明显,CO积聚区域逐渐向隧道内侧拱脚处移动;(2)风管末端距掌子面距离一般选为15 m;(3)在曲线隧道中,宜将风管布置在曲线隧道外侧,有利于降低掌子面CO浓度。(4)结合现有施工情况,在通风30 min后,掌子面附近的CO浓度能够达到标准要求(24 ppm),在整个通风过程中,隧道内各监测点的稳定风速均满足隧道内最小风速0.15 m/s的要求,但CO易在3~#车行横通道与左洞交叉位置处积聚,故应对该位置进行重点监测,并在此处加强局部通风。

圆弧刀盘土压平衡盾构施工沉降影响分析

在盾构隧道施工中,刀盘形式差异会对施工沉降造成一定影响。基于此,文章依据对圆弧和直角刀盘盾构施工前方原岩平衡土压力的受力特性分析,推导了圆弧边缘区域的平衡压力计算公式和圆弧刀盘土舱压力的选取方法,并给出了圆弧刀盘影响系数的定义。采用FLAC3D数值仿真软件,分析了圆弧刀盘、直角刀盘盾构施工的地层沉降差异性及土舱压力、土舱土体重度对地表沉降、掌子面位移的影响。结果表明,数值计算得到的圆弧刀盘与直角刀盘的施工沉降比与理论分析得到的圆弧刀盘影响系数基本一致,说明采用该系数评价直角刀盘与圆弧刀盘的施工沉降差异是可行的。

孟加拉卡纳普里河底隧道盾构水下接收关键技术研究

为解决富水粉细砂地层大直径盾构水下接收难题,验证国内水下接收技术在海外近海、富水粉细砂地层下的普适性。以孟加拉国首条隧道工程——卡纳普里河底隧道为例,重点研究大直径盾构在密实粉细砂地层进行水下接收的关键技术,并结合现有工程进行经验总结。实践表明:大直径盾构在穿越富水密实粉细砂地层时,接收端工作井采用15 m高压旋喷桩+垂直注浆帷幕+管井降水技术,能有效解决淤泥质粉土、粉砂等颗粒级配较差地层下盾构接收难题,大幅度降低了大盾构穿越富水粉细砂层时洞门密封失效、内外压失衡的风险,保证了盾构机到达工作井过程中端头位置地层稳定和工作井结构安全。