城市轨道交通车站出入口大断面顶管工程穿越城市道路的沉降控制技术

[目的]为了确保城市轨道交通车站出入口顶管施工项目顺利实施,应对该工程穿越城市道路时地层的沉降影响及沉降控制措施进行研究。[方法]结合济南轨道交通R2线长途汽车站站出入口顶管工程,在阐述该工程地质条件及重难点的基础上,建立了大断面顶管工程穿越地下管线密集的城市道路的三维数值计算模型,得到了距开挖面不同距离时的地面沉降曲线,以及不同埋深处土层的沉降曲线。对比了顶管中轴线上方地面监测点竖向位移模拟计算值与现场实测值随开挖距离的变化情况。提出相应的施工优化措施,并结合现场实测数据对优化效果进行分析验证。[结果及结论]顶管施工时,随着与顶管中轴线距离的增大,地面沉降量逐渐减小;随着深度的增加,土层深层位移逐渐增大,且沉降曲线逐渐由“矮胖型”变成“瘦高型”。现场受土舱压力波动较大、顶管与地层存在摩擦扰动等因素的影响,模拟计算得到的最大沉降量略小于现场实测的最大沉降量,二者间存在一定差异。通过采取控制掘进速度、合理压浆以减少摩阻力等措施后,后续施工沉降控制效果明显,地面最大沉降为18.18 mm,变形在施工允许范围内。

土压平衡盾构渣土泥浆化的防治及工程应用

济南地铁R2线土压平衡盾构穿越富水高渗性的强风化闪长岩地层,采用不满舱模式施工时容易出现渣土泥浆化问题。采用膨润土泥浆、泡沫、高分子聚合物对出现渣土泥浆化的渣土进行了坍落度和渗透系数试验,泥浆联合泡沫改良时泥浆使孔隙率和孔径降低,利于泡沫封堵孔隙。泥浆联合高分子改良时,高分子能够粘结的颗粒数量显著增加,泥浆被高分子粘结成团后进一步携带更粗的渣土颗粒。因此,这两种改良方案更适用于富水高渗性地层。针对工程现场的渣土泥浆化问题,提出了先提高舱压,然后使用泥浆联合高分子快速止水,最后使用泥浆联合泡沫的改良施工方案。该方案工程应用效果良好,可为土压盾构在富水高渗透性地层中的渣土改良及渣土泥浆化的防治提供参考。

大直径泥水盾构砾砂地层泥浆配制及成膜试验研究

文章以南京长江隧道泥水盾构在砾砂地层中掘进为工程背景,针对高渗透性地层中泥浆配制及成膜问题,开展了室内试验,并对现场泥浆配制进行了调研。结果表明:泥浆中粘粒含量越高,调制泥浆时所消耗的增粘剂越少,泥浆的物理稳定性越好,泥膜形成过程中泥浆的滤失量越少,形成的泥膜渗透系数越小;粘粒含量可以作为泥水盾构在砂层中施工时泥浆调整的一个重要指标;南京长江隧道泥水盾构穿越砾砂地层时,泥浆的粘粒含量宜调节到20%以上。研究结果对类似的泥水盾构工程施工具有重要的参考意义。

砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥~永定门外区间右线隧道试验段1~160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。

盾构隧道壁后注浆中“定时浆”试验研究

我国盾构隧道广泛使用凝结时间较长的单液浆,但由于注入后不能及时凝结常常引发管片上浮、浆液流失等工程问题。针对这些问题提出“定时浆”的概念。通过在单液硬性浆中添加氯化铝溶液与水玻璃,基于浆液的胶结时间、流动度、28 d强度等指标研究了“定时浆”的配方。结果表明:1)通过先加入氯化铝溶液再加入水玻璃的方法,可以实现浆液“定时”凝结;2)在硬性浆中掺加0.50%~0.75%的氯化铝溶液、1.00%~1.25%的水玻璃,可以达到良好的定时效果;3)通过简单的注浆设备改造可以形成“双液单注”的定时注浆工艺。

盾构侧穿桥梁基础的施工影响分析及其控制研究

北京地铁8号线天桥站—永定门外站区间隧道施工过程中,盾构需要于K34+422.094~+534.308处近距离侧穿永定门西桥,穿越段地层以砂卵石地层为主。隧道在施工至K34+506.308里程时,距永定门桥最近处仅9.2 m,施工对桥梁影响较大,故有必要对盾构施工引发的桥梁结构安全进行评估。根据对盾构侧穿桥梁基础施工过程的动态模拟分析,得出了盾构穿越施工导致地层和桥梁结构变形过大的结论。鉴于此,提出了在靠近桥梁一侧的左线盾构隧道周围采取局部注浆的加固方案和对盾构掘进参数管理的控制措施。进一步的计算分析和现场实测结果表明,按上述工程措施施工,地层和桥梁结构变形均得到有效控制,从而确保了本工程的顺利施工,并为今后类似工程提供了借鉴和参考。

盾构近距离上跨既有隧道施工影响及控制研究

研究目的:城市轨道交通建设进入到一定阶段后,遇到盾构隧道近接施工的情况越来越频繁,尤其是新建隧道上跨已建隧道的工程案例,应就其地层分布特征及工程特点研究其普遍性和自身的特殊性。针对济南地铁R2线姜家庄出入场线盾构隧道上跨开源路站—烈士陵园站右线区间既有隧道工程,采用有限元数值仿真对盾构近距离上跨施工组织进行合理化分析,结合实际监测数据验证模拟计算结果,讨论隧道周边预先加固的必要性,并给出适用于济南地区地质条件的盾构掘进参数建议值。研究结论:(1)为尽量减小上跨施工的不利影响,应合理安排盾构前后推进间隔,本案例中,出场线上跨完全通过再经过约20环间隔后,方让入场线到达上跨区域,变形控制良好;(2)实际监测数据显示上跨施工对既有隧道变形影响不大,说明在不进行预加固处理和既有隧道洞内支撑等措施情况下,仅通过动态调节盾构掘进参数是安全可行的;(3)掘进速度为40~50 mm/min、刀盘扭矩为2000~4000 kN·m、总推力为7000~9000 kN时,上跨施工下方的既有隧道变形控制更为有效;(4)本研究成果可为类似的盾构上跨工程施工提供参考。

南京长江隧道泥水盾构穿越江中超浅覆土段施工技术

根据南京长江隧道超浅覆土段工程地质概况进行了盾构施工风险分析,在对泥水压力、泥浆参数计算设定的基础上制定了严密的施工方案,加强了施工过程信息化管理,确保了安全快速地通过该地段。文章所述技术的成功运用为地下工程施工技术领域积累了宝贵经验,填补了国内同类型地质条件下超大型盾构江中超浅覆土安全穿越的施工空白。

超大型泥水盾构水中接收施工技术

对于大型泥水盾构,由于其掌子面的保压特性,在破洞门时必然造成内外压力失衡,易造成盾构与洞门圈间隙涌泥涌砂及地表沉降事故。南京长江隧道工程采用水中接收技术,确保了洞内外压力平衡;另外在盾构接收地段,采用了三轴搅拌加固、冷冻加固、强降水三重措施,确保盾构接收万无一失。

盾构土舱砂卵石颗粒空间运移规律及传力特征研究

盾构法施工是城市轨道交通隧道建设的主要方法之一。在盾构施工过程中,根据工程地质条件选择合理的掘进参数,尤其是土舱压力值的设定,对减少地层的施工扰动具有重要影响。然而,土舱压力值并不等同于开挖面支护压力,加之受土舱内渣土的流动特性和荷载传递能力的限制,工程实践中土舱压力值通常依据经验设定,由此导致开挖面失稳和地层变形事故常有发生,这在结构松散的砂卵石地层中表现更为突出。以北京地铁八号线天桥—永定门外区间隧道砂卵石地层盾构法施工为工程背景,在对砂卵石土进行渣土改良试验的基础上,采用室内试验和离散单元法对土舱内以卵石颗粒为骨架的多颗粒集合体的流动规律进行研究,进而获得土舱隔板压力分布特征及荷载传递系数,从而为土舱压力的进一步设定奠定基础。研究成果可为今后类似地层的盾构选型和施工提供参考。

桩洞法施工地层响应及结构受力分析

预制装配隧道技术已经成为国内外隧道工程研究和发展的一个重要方向。文章依托济南市轨道交通R1线玉符河站—王府庄站区间浅埋隧道工程,提出一种新型预制拼装隧道施工技术——桩洞法,并详3D细论述了桩洞法的断面型式、支护方案及施工过程。利用Flac有限差分软件,对桩洞法施工过程进行了数值计算分析,详细研究了桩洞法施工引发的地表沉降规律、地层变形规律及预制构件受力规律。结果表明:桩洞法结构能有效控制地层变形的大小及范围;预制构件连接部位出现应力集中,配筋时需重点验算;叠合侧墙浇筑完成后,拼装结构形成整体受力体系,共同承担围岩压力;需保证预制桩的嵌固深度及桩底注浆质量,以控制预制桩的位移。研究成果为类似预制拼装隧道工程的建设提供了可靠的数据支持和借鉴。

土压平衡盾构不满舱掘进开挖面渗透破坏试验研究

为进一步提高土压平衡盾构掘进效率,常采用非满舱掘进模式进行隧道施工。而富水地层中非满舱掘进常常遇到开挖面失稳引起超挖量大等问题,针对非满舱掘进过程中开挖面渗透稳定的问题,结合济南地铁R2线某标段发生的开挖面失稳现象开展研究。首先,通过自制开挖面渗透破坏试验装置研究了渗流条件下非满舱掘进开挖面渗透破坏的条件以及类型。然后,分析了不同渗透破坏类型的出砂规律。最后,按照土体可移动细颗粒含量设置了6种不同级配的地层,探究土体级配与临界水力梯度的关系。研究结果表明:1)渗流作用下,在该地层会发生渗透破坏,其非发展型和发展型渗透破坏发生的临界水力梯度分别为0.5和0.8;2)非发展型渗透破坏出砂质量先增大后逐渐平稳,而发展型渗透破坏的出砂质量持续增大,成渐进破坏的特点;3)建立了可移动填料含量Pf与其临界水力梯度的关系式。

混合式泥水平衡盾构气垫调节技术

结合具体工程实例,介绍了混合式泥水平衡盾构气垫调节技术,分析了该技术的基本原理,指出混合式泥水平衡盾构与传统泥水平衡盾构相比,控制系统更为简化,对开挖面土层支护更为稳定,对地表沉陷的控制更为方便。

双层盾构隧道内部荷载模式对衬砌力学性能影响分析

针对双层结构内部荷载对管片结构的响应方式和设计上如何考虑的问题,将常见的内部荷载模式分为立柱-板、立柱-梁及连续墙-板等3种,并借助梁弹簧模型研究不同工况下3种荷载模式的响应规律。结果表明,立柱-板与立柱-梁荷载模式会导致在衬砌的对应位置出现局部应力集中,采用连续墙-板荷载模式会使内部荷载对结构影响相对较小,并能避免应力集中现象;衬砌厚度增加可以减小内荷载对衬砌整体受力影响,但也可能导致隧道张开量超出限值,影响防渗性能;衬砌外径较大或浅覆土工况下会加大内荷载影响,对衬砌受力造成不利影响。

土压平衡盾构不满舱施工遇到的问题及对策

中国土压平衡盾构采用不满舱施工非常普遍,因此施工过程中经常出现一些问题。通过对开挖面压力平衡状态的分析,结合工程实例对开挖面的整体稳定、渣土排出异常、开挖面部分坍塌、壁后注浆窜浆等现象进行讨论,解释其发生的主要原理。提出渣土泥浆化的概念、判断标准,明确其与喷涌的差异,并讨论不满舱施工时窜浆发生过程,给出判断窜浆发生的主要条件,明确发生局部渗透破坏的条件。研究结果表明:即使风化岩等高渗性地层开挖面整体稳定性计算满足不满舱施工的强度要求,也会出现局部渗透破坏甚至开挖面坍塌;不满舱施工开挖面局部渗透破坏等引起的超挖量大、窜浆引起盾尾充填效果差均导致地表沉降过大。基于上述问题产生的原理提出相应措施以维持土舱内压力与地层中土水压力的平衡,研究结果能够为土压平衡盾构施工提供一定技术支撑。

隔离桩对不同埋深隧道邻近高铁桥桩的保护效果分析

济南轨道交通R1线、R2线4条高低叠落盾构隧道在同一工点下穿京沪高铁桥梁,为减小盾构施工对高铁桩基造成的影响,区间结构与桥桩间打设钻孔灌注桩与旋喷桩咬合形成隔离桩。采用数值分析方法研究隔离桩对不同埋深盾构隧道施工影响的保护效果。计算结果表明:在新建盾构隧道与邻近高铁桥桩之间施作隔离桩,可以有效减小隧道施工的影响范围,减小隧道施工对邻近桥桩的影响;在邻近桥桩的桩长范围内,隧道埋深越大,隧道施工对其影响越大,隔离桩对其保护效果越显著。