青岛市重点工程稳步推进第三方安全咨询管理

目前,正值胶州湾第二隧道工程北线超大直径盾构掘进百环验收重要节点之际,山东省青岛市市政公用工程质量安全监督站督促指导国信二隧公司、中交隧道工程局有限公司针对重大风险,委托权威第三方咨询专家从前期掘进始发到现在,全过程跟踪评估,攻克临海浅覆土小净距超大直径泥水盾构始发施工、上软下硬地层掘进等难题,为盾构的顺利掘进发挥重要作用。

复杂多变地层泥水盾构排浆管路振动特性分析

泥浆环流系统是泥水盾构的重要组成部分,渣石与泥浆通过排浆管路泵送至地面泥水分离工厂实现固液分离。湍流脉动、大粒径岩渣碰撞等所致激励容易诱发排浆管路剧烈振动,导致接头频繁漏浆,严重影响施工进度。以北京市南水北调团九二期二标泥水盾构工程为背景,对泥浆环流、黏土地层、上软下硬地层和全断面硬岩地层掘进过程中排浆管路振动进行现场实测,以实测数据为基础,对不同地层条件下排浆管路3个方向振动的时域和频域特性进行分析,论述管路振动的诱发机理和变化趋势,相关结论可为类似工程环流管路的设计提供依据。

泥水盾构管材在渣浆中冲蚀磨损试验研究

为揭示泥水盾构管路材料在渣浆冲蚀下的磨损规律,利用自主设计的试验装置,通过室内试验测试渣浆的磨蚀特性,分析泥浆黏度、砂石体积分数、泥浆相对静压、浆体流速以及冲击方向对靶材磨蚀的影响。试验表明:1)泥浆黏度在工程现场允许范围内的变化,对含有小粒径渣土泥浆的磨蚀特性影响可以忽略不计;2)随着砂石体积分数的增加,特别是在高泥浆流速状态下,对磨片的磨蚀作用大幅度增加;3)泥浆相对静压的增加使得携带小粒径渣土的泥浆对磨片具有更强的冲蚀磨损;4)垂直于旋转方向的磨片磨蚀率大于平行于旋转方向的磨片磨蚀率。

复合地层盾构掘进滚刀荷载试验研究

为了探究复合地层盾构掘进时滚刀的荷载与开挖面岩石强度、切削速度、刀圈贯入度之间的关系以及滚刀在不同地层界面处的受力特征,开展了复合地层盾构滚刀掘进试验,采用原型滚刀分工况对多种材料组成的开挖面模型进行掘进试验,同时采集滚刀的荷载数据。研究结果表明:滚刀在依次切削粉质黏土、M2.5水泥砂浆、C15混凝土与C30混凝土时的荷载整体上呈阶梯上升的趋势,并始终处于波动状态;滚刀的荷载会随刀间距的增大有一定程度的增大,但增幅较小;滚刀在切削不同材料时的荷载随刀圈贯入度的增大呈近似的线性增大趋势,当切削脆性材料时该规律尤为明显;较大的材料刚度和滚刀贯入度使得被切材料发生更大的弹性变形,从而使得滚刀对材料做功以及材料破碎时的能量释放量都较大,造成滚刀荷载的波动幅度也有一定程度的增大;当刀盘转速增大时,滚刀荷载也呈增大趋势,增大幅度会随着刀盘转速的增大逐渐趋缓,其原因是切削速率的增大造成被切材料动态强度增大。

富水砂卵石地层泥水盾构分体始发施工技术研究

泥水盾构因其对复杂环境条件的适应性较好而广泛应用于隧道工程。目前针对盾构始发井狭小的情况,工程中多采用分体始发保障盾构机顺利入洞。关于盾构分体始发的研究目前多集中于对设备阶段,缺乏全过程的研究,因此,依托北京南水北调配套工程泥水盾构分体始发施工案例,从泥水盾构分体始发全过程施工角度出发,提炼了泥水分体始发3个关键步骤:一是洞门密封建舱、二是盾构掘进-台车转接施工、三是二次转接断电情况下长时间保压。同时,通过对泥水盾构分体始发过程中总推力、扭矩、二次转接保压时切口压力变化进行分析以及对地表沉降的实时监控,得到地表累计沉降量不超过2 mm。因此,以3个关键步骤为主要研究内容的分体始发可以很好解决场地狭小问题。另外,素混凝土端头墙可很好解决富水大粒径砂卵石地层中端头加固质量不好问题,保证分体始发过程中短套筒密封安全性。撕裂刀刀盘破除地连墙或素混凝土墙时,扭矩增幅较大,反力架装置应优化设计。

泥水盾构掘进砂卵石夹黏土地层泥饼处置技术研究

为解决泥水盾构在含黏性土的地层中掘进时,因刀盘易结泥饼而引发的刀具切削能力下降、渣土滞排等降低盾构掘进效率的问题,依托北京南水北调配套工程泥水盾构施工实例,结合富水砂卵石夹黏土地层中的盾构掘进参数和地层岩性变化趋势,分析刀盘出现结泥饼的具体表现,提出将刀盘转矩与贯入度、推力与贯入度的比值作为判别刀盘是否结泥饼的指标;开展双氧水、Ⅰ型和Ⅱ型分散剂泥饼浸泡试验,最终比选出效果较好的Ⅱ型分散剂进行刀盘泡舱处理,有效地软化了泥饼,使得盾构得以顺利掘进。

单液浆搅拌方式及体积收缩试验研究

针对上海、苏州等地富水地层盾构同步注浆采用的以石灰、砂、粉煤灰和膨润土为主要原料的新型单液浆,文章采用室内试验研究了搅拌杆类型以及搅拌转速对浆液力学性能的影响;研制了单元体模型试验装置,分析了浆液体积收缩变形规律。测试研究表明,搅拌速度增大,浆液中引入气泡数目增多,浆液稠度值增大、泌水率下降、28 d抗压强度减小、凝结时间先增加后减小;螺旋搅拌杆相比十字搅拌杆更易于使稠度值增大、凝结时间减少、泌水率下降以及抗压强度降低;上部加载越大,浆液体积收缩变形越大;相对粘土,砂土土质条件下浆液体积收缩变形速率快,最终变形量大;对比文中研究的三种类型浆液,浆液A体积收缩率小,增长趋势缓慢,是控制地层变形最有利的选择。

基于CFD-DEM方法的泥水盾构排浆管弯头沿程压力损失分析

为探究泥水盾构排浆管路中弯头位置的沿程压力损失,文章采用数值模拟的手段,利用CFD-DEM流固耦合技术建立了三维弯曲管道泥浆-岩渣两相流模型,模型中考虑了岩渣的几何形状,运用控制变量的方法分析了管道弯曲角度与曲率半径对管道压力损失的影响,并依据数值计算结果求解出管道几何参数与压力损失之间的定量关系。结果表明:当管道的弯曲角度从20°增加到50°时,压力损失增加缓慢;当弯曲角度从50°增加到90°时,压力损失增加显著;管道的曲率半径越大,压力损失越大;管道的沿程压力损失ΔP与弯曲角度θ和曲率半径r基本呈线性关系,其中管道的弯曲角度对压力损失的影响较为明显。

基于地质条件变化的泥水盾构动态施工技术研究

盾构隧道工程穿越的地质条件越来越复杂,以往通过“试掘进”确定合适的盾构掘进参数以指导后续施工的做法,已无法满足盾构长距离穿越复杂地质条件的要求。基于此,提出通过泥水盾构排出渣土特点分析地质条件变化的泥水盾构动态施工技术理念,并结合北京南水北调输水隧洞泥水盾构穿越砂卵石夹黏土地层实例,从地质分析、岩土分析、盾构掘进参数分析、其他分析、综合分析等5个方面推断盾构施工目前的状态和出现的问题。该技术理念和方法一定程度上实现了盾构施工全过程、全专业实时控制,对保证盾构施工安全、高效具有重要的意义。