高强度基岩爆破预处理泥水盾构掘进特征研究

泥水盾构在高强度基岩地层中掘进,盾构自身刀具无法有效破岩,采用基岩爆破预处理的控制钻爆法能严格控制破碎碴块体量,提高刀具破岩能力,但盾构施工过程中,掘进参数与岩石之间关系非常复杂。以台山核电站取水隧道为背景,对现场获得的工作数据进行挖掘,分析基岩爆破前后地层中盾构刀盘推力、刀盘扭矩及掘进速度的参数的选用特点。在此基础上,引入参数转换量FPI、TPI指数及比能进行研究,研究表明,未经处理基岩地层,岩石强度过高,刀盘推力先达到最大值,但切深很浅,扭矩很难发挥最大能力;经爆破处理后,基岩岩体受到不同程度破碎,盾构机推力及扭矩能有效发挥其功能,掘进效能提高。因此,在盾构机的工作负荷范围内,应依据基岩岩体破碎效果,调整刀盘推力和扭矩,使之更好地适应地层,力争达到高效安全的掘进目的。

盾构隧道双层衬砌结构受力现场监测试验研究

研究目的:为探求海底盾构隧道双层衬砌结构的受力特性,本文以台山核电站海底取水盾构隧道为工程背景,对双层衬砌结构受力进行现场监测,并基于现场测试数据提出一种能准确计算软土地层海底盾构隧道设计荷载的方法,以期为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)监测成果显示,采用的大断面泥水加压平衡盾构及新型衬砌施工法施工快、质量高;(2)取水盾构隧道二次衬砌主要承受内水压力,隧道围岩压力主要由管片承担,管片衬砌外水土压力受施工及地层条件影响明显,施工期土压力存在加速、减速和加速趋于稳定三个时段,且加速段最为关键,稳定期土压力整体呈现上大下小形态,测点压力分布不均匀,水压力与隧道区域渗流分布规律一致,受隧道周边围岩地层影响,水压力分布又具有一定随机性,二次衬砌混凝土凝固收缩的影响会随时间减弱,受二衬自重影响,双层衬砌间接触压力在拱顶位置较小,拱脚位置较大;(3)当埋深H≤1.7D,垂直土压力=1.31×γh,水平土压力=1.65×λγh;当埋深1.7 D<H≤2.2 D,垂直土压力=0.39×γh,水平土压力=1.35×λγh;当埋深H>2.2 D,垂直土压力=0.63×γh,水平土压力=0.61×λγh;(4)本研究结果可为海底盾构隧道双层衬砌设计和施工提供指导。

上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验

盾构机在风化花岗岩地层掘进会遇到高强度孤石,为降低施工风险、避免刀盘及刀具严重损坏,常采用地面钻孔爆破对前方孤石进行预处理,但其炸药单耗一般由经验公式确定,导致爆破效果不理想。结合实际工程对爆破块度小于30cm的特殊要求,采用爆破模型实验对炸药单耗进行研究。实验结果表明：满足特殊块度要求的陆地钻孔爆破炸药单耗是常规钻孔爆破的5.4-6.5倍;上覆地层厚度与炸药单耗呈线性递增关系;实验得出的炸药单耗是瑞典经验公式计算值的3.4-4.9倍。由此提出满足工程需要的炸药单耗修正公式,应用于实际工程并通过验证取得良好效果,为类似工程孤石爆破预处理炸药单耗的计算提供依据和参考。

越海泥水盾构提前到达施工关键技术研究

由于竖井施工进度滞后,为解决盾构提前到达并保证顺利出洞这一技术难题,以台山核电站1#取水隧洞盾构提前到达施工为例,在理论研究的基础上,对盾构到达前的掘进控制措施进行分析,阐述了预留段隧洞爆破参数设计,并对提前到达的关键技术及控制要点进行总结。得出以下结论:1)盾构提前到达盾构井预留5 m的安全距离,并将刀盘后退掌子面0.7 m的方案是可行的,既能加快施工进度,又能有效地保护盾构设备;2)盾构到达预留段前采用"小推力、低转速"的掘进原则,预留5 m段采用"爆破开挖+锚喷支护+管片二次衬砌"相结合的施工方法,保证了盾构安全顺利出洞,有效地控制了管片上浮、错台和接缝处漏水等现象。

泥水平衡盾构隧道基岩孤石控制爆破预处理技术

泥水平衡盾构在软土地层的隧道施工中,隧道开挖范围内遇到基岩突起或者孤石,基岩、孤石对盾构机刀盘刀具的损坏严重,滚刀难以破碎岩体。以台山核电站1~#、2~#海底取水隧道工程为例,对台山核电站1~#、2~#海底取水隧道始发段存在的基岩突起和孤石群,通过海面石块回填将浅海域填为平地,采用地面垂直钻孔对基岩突起、孤石群段进行无自由面爆破预处理。为了保证爆破效果,采用冲孔和爆破相结合的施工方法。爆破后实测芯样最大粒径为43 cm,98%的芯样粒径小于30 cm,消除了基岩突起和孤石群对盾构掘进的威胁,保证了盾构掘进的顺利进行。

地震反射波CDP叠加技术在台山核电海域花岗岩孤石探测中的应用

介绍海域地震反射波多次覆盖CDP叠加技术,阐述海上单道地震与CDP叠加技术的差别,从方法原理、震源选择、观测系统等方面分析探测小尺寸异常体的关键技术,通过钻探验证说明该技术在探测风化残留体中孤石的良好效果。

土压平衡式盾构机进舱作业

盾构机在硬岩或自稳能力较强的地段掘进时,因地层本身有自稳能力,不需要再提供额外的支撑压力对其进行支撑,在这种情况下,人员可在无压力下直接进入刀盘作业;而其在软岩、含水丰富地段掘进时,因地层无自稳能力,盾构机必须提供使地层稳定的支撑压力(EPB).此时,便需采用带压进舱的模式来进行刀舱内的各项工作.为了确保带压进舱工作人员的安全和有规律地检查刀盘、掌握刀盘及刀具在不同地层中的使用情况,使换刀作业规律化,避免刀具及刀盘的超常使用,进仓作业需要一套完整、科学、严谨的作业程序.

盾构快速掘进下同步注浆材料优化配合比设计

在台山核电取水隧洞施工过程中,管片监测结果显示1#隧洞前期上浮和错台较大,为防止管片上浮挤压破坏盾尾刷,同时解决上浮量较大时管片成型质量较差的问题,从同步注浆浆液配合比入手,采用配合比设计、试验改进配合比的方法,研究减水剂、聚丙烯纤维及絮凝剂对同步注浆浆液性能的影响。通过调整胶凝材料组分、水胶比,添加絮凝剂、有机纤维和减水剂,制备出可减少管片上浮、抗水分散性好、抗渗性好于一体的高性能同步注浆材料。根据实践情况,优化后的配合比能有效地减小管片上浮,满足盾构快速施工条件下的管片成型质量要求及盾尾抗渗水性能。

深圳春风隧道主要施工技术难题与解决方案

深圳春风隧道为中国大陆在建最大直径盾构隧道之一,全隧穿越滨海复合地层,岩体破碎至完整,部分地段岩石强度达到173 MPa,隧道近距离下穿铁路、地铁、桥梁及多栋建筑物,环境复杂敏感。文章结合本工程地层情况和大直径盾构自身特性,梳理施工过程中将会面对的盾构破岩效率低、破碎岩体堵舱滞排、敏感环境沉降控制、大直径盾构管片上浮开裂、施工对城市交通影响等问题,并结合工程经验提出完整极硬岩段的盾构破岩效率解决方案、盾构下穿建(构)筑物沉降控制措施、大直径泥水盾构堵舱滞排解决方案、管片上浮开裂防治综合措施以及繁华城区碴土处理方案。春风隧道以超大的体量、超高的建设标准考验着中国建设者的智慧,也对其他类似工程具有一定的借鉴意义。

春风隧道超大直径盾构浅覆土始发技术

为解决超大直径盾构隧道超浅覆土始发,洞门密封容易水土流失、掘进姿态和管片姿态难以控制的问题,结合春风隧道工程始发端地质情况和工程的实施条件,采取端头加固U型素地下连续墙包裹+三重管旋喷加固的方式加强止水效果,洞门分层分块破除降低施工风险;采取调整掘进坡度、固定负环管片保证其成型效果。同时,针对盾构在软土地层中超浅埋始发,易出现隆起冒浆等问题,采取反压盖板的方式,增大上部覆土压重,同时合理降低泥水舱压力,降低地表隆起的可能性,从而保证盾构始发的泥水正常循环,最终形成了一套超大直径盾构在超浅覆土始发施工技术方法。

盾构法施工海底隧道孤石及基岩侵入体爆破施工风险分析

针对复合地层中,开挖断面内局部高强度基岩及孤石侵入体,盾构自身刀具无法有效破岩施工难点,在综合分析地面引孔下药施爆的控制钻爆法,控制破碎碴块体量基础上,对爆破产生的影响因素进行系统归类,建立孤石及基岩侵入体爆破施工风险综合评价指标体系,并结合层次分析法和模糊集法分别确定各级因素权重及隶属函数,评估其风险接受等级。实践证明:在设计和施工上采取合理的措施后,基岩及海域孤石地层预爆破风险评估切实可行的,风险规避措施有效。

泥水复合盾构过软硬不均地层关键技术研究及应用

根据台山核电站取水隧洞采用9.03m泥水复合式盾构开挖工程的实际情况,采用水下爆破的方法将岩体爆碎为30cm以下的碎块,为了满足盾构掘进过程中保压和防止地层塌陷,采用改进的袖阀管注浆工艺将爆破松动地层进行注浆加固。在爆破和注浆成孔过程中,经过研究采用多种钻机交替施工、双重套管配合使用的新颖施工方法。爆破后按爆破孔数的3%进行了取芯验证,碎块的直径最大为25cm左右。通过上述一系列的技术措施,盾构顺利通过软硬不均段地层,为类似工程提供了宝贵的经验。