砂卵石地层大直径盾构施工的关键技术

[目的]总结分析砂卵石地层大直径盾构施工中盾构机选型、盾构始发与接收、盾构掘进姿态控制等施工关键技术,并提出具体的施工控制参数与施工控制措施,以减轻刀盘刀具磨损、降低地层损失、减小地层沉降变形。[方法]针对砂卵石地层结构松散、颗粒无胶结或弱胶结、颗粒粒径大、透水性强的工程结构特性,采用理论分析、现场监测等方法,从盾构机选型、盾构始发接收、盾构掘进姿态控制、盾构刀盘刀具的检测维修等方面深入分析砂卵石地层大直径盾构施工关键技术。[结果及结论]大直径盾构的刀盘开口率、刀盘刀具类型、渣土改良方案等应根据地层结构特性进行特殊设计,且有利于盾构排渣和超前切割;盾构井端头宜采取地层注浆加固、大管棚支护、施工降水等综合加固措施以保证大盾构始发或接收时地层的稳定;大直径盾构的掘进施工应重点控制刀盘转速、出渣量、出渣温度等参数,并应适当增大注浆量,提高渣土改良效果,避免过大超挖,保证地层损失处于合理范围内。采用上述施工参数与施工措施后,盾构掘进风险可控,施工质量与施工效率明显提升,同时大大降低了施工成本。

富水砂卵石地层深基坑降水特性及涌水量研究

以洛阳市周山大道下穿开元大道路口明挖深基坑工程为依托,分析各降水参数改变对渗流场分布与降水效率的影响。通过Midas GTS NX有限元软件,模拟分析不同降水参数下降水井抽排地下水情况,同时建立了标准状态下涌水量特征曲线,并针对非标准状态提出涌水量修正方法。结果表明:除地层渗透系数改变地下水流速外,其他参数均会导致流网形态发生改变,与阻隔效应耦合后将间接影响降水速率。另外,通过工程实例验证考虑止水帷幕阻隔作用后的深基坑涌水量预测公式及其修正函数具有合理性,可应用于砂卵石地层深基坑降水工程。

深厚富水砂卵石地层注浆封闭止水及加固技术

针对深厚富水砂卵石地层的防渗,列举了常用止水方式高压旋喷帷幕灌浆及混凝土防渗墙的众多不足,采用一种新型、高效的基坑注浆全封闭止水及加固技术,将注浆技术与建筑物地基加固和基坑的支护、防渗、止水融为一体,加固坡面和基底,解决了基坑支护、止水、降水问题,同时增强了卵石层地基的地基承载力、强度和渗透稳定性,有利于工程建成后水工建筑物的安全运行,取得了良好的工程应用效果。

应急抢险修复工程中砂卵石地层的振冲挤密桩技术研究

研究通过采用砂砾料预筛分、振冲地基顶部预加固、旋挖钻引孔及采用新型进口大功率振冲器等,有效减少了振冲桩造孔及振冲过程对地层的扰动。当荷载值为350 kPa时,振冲挤密桩的沉降量仅为49.21 mm,远小于允许最大沉降量。同时,振冲挤密桩的单桩复合地基承载力特征值的平均值为160 kPa,其满足设计要求。由此可知,研究提出的施工方法可有效保证砂卵石地层振冲挤密桩的施工质量。

砂卵石地层双线盾构隧道下穿框架桥变形规律及控制技术研究

为探究砂卵石地层双线盾构隧道下穿框架桥变形控制技术与结构变形规律及内力特征,采用经验分析、数值模拟与现场监测的方法,对济南轨道交通4号线一期工程盾构隧道下穿高铁框架桥进行分析。研究表明,360°径向深孔注浆与架设便梁作为盾构下穿铁路施工行车安全关键防护措施,辅以防水加强、行车限速等细部措施,可以保障盾构与铁路安全;轨道竖向位移数值模拟曲线呈漏斗状,受双线盾构叠加影响略微偏移,拉应力最大值在左边跨底板支座处,最大为0.81 MPa,压应力最大值在连续跨右侧顶板跨中处,最大为1.36 MPa,径向注浆深度1.5 m时混凝土结构应力与轨道变形均处于控制范围内;路基与轨道竖向沉降现场实测值波动式增加,时程曲线呈“二谷一峰”,轨道沉降最大值为0.64 mm,框架桥竖向沉降主要由下穿期间施工造成,径向注浆加固与便梁起到较好的隔离加固作用,下穿施工顺利通过铁路影响区,框架桥竖向沉降最大值为0.84 mm。

大直径盾构砂卵石地层掘进消耗量分析及经济测算研究

在大直径盾构项目中,准确合理地测算出工程投资是项目顺利推进的关键。文章以杭州富阳秦望隧道盾构掘进施工项目为研究对象,采用15 m级大直径泥水平衡盾构施工,主要穿越软土和砂卵石地层。目前浙江省已出台大盾构定额方案,但是已有的盾构定额及计价原则仅适用于软土地层,因此直接使用现有定额规范会导致工程造价偏差,影响工程进度。通过分析秦望隧道收集的盾构掘进数据,对掘进区域的砂卵石地质进行分级,统计各分级中的人工、主要材料、机械台班消耗量。依据各分级下的消耗量,测算相应的盾构掘进定额基价。将测算的定额基价与现有定额对比,根据现场施工实际,验证了所提出的分级和定额方案的合理性。

富水砂卵石地层地铁车站PBA暗挖施工技术

文章介绍了成都地铁13号线光华村站下穿既有二环市政隧道及高架桥PBA暗挖的施工技术。重点介绍了砂卵石地层PBA四导洞暗挖施工步序,分析总结了PBA法的关键技术,为类似城市地铁富水砂卵石地层下穿市政隧道、高架桥项目施工提供参考。

砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究

盾构机在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时,由于土体塑流性差,土体在土舱内无法及时排出,时常出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,推进速度极其缓慢等现象;由于土舱内土体颗粒间力的传递是点对点,使支护压力不能有效施加到开挖面上,极易出现地表沉降超限、塌方等事故。为此,以北京地铁9号线盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究。试验结果表明:采用泡沫+膨润土作为土体改良剂对砂卵石地层土体进行改良是可行的;在土体改良过程中应根据出土量、土压力、盾构推力及刀盘扭矩等参数的控制情况,及时调整土体改良剂的注入时间、注入量等参数;在确保盾构出土量可控的前提下,采用满舱欠压掘进模式可以提高砂卵石地层盾构掘进的效率。

北京地铁砂卵石地层土压平衡盾构施工刀盘扭矩研究

根据砂卵石地层力学特性,结合北京地铁4个标段工程,分析土压平衡盾构刀盘扭矩各组成部分所占的比例,提出简化的刀盘扭矩计算公式。分析计算结果表明:刀盘开口率与刀盘扭矩成反比,开口率每增加10%,刀盘扭矩降低8%～10%;土体的流塑性对刀盘扭矩影响较大;土体的摩擦系数每降低0.1,刀盘扭矩相应降低约35%～40%。在北京地铁10号线二期工程现场进行盾构掘进试验,分别通过刀盘改造(开口率增大至40%)及土体改良,使刀盘扭矩保持在2 500～3 500kN.m,盾构推进速度明显得到改善。试验结果进一步验证了增大开口率及土体改良是在砂卵石地层降低刀盘扭矩的2项非常有效的措施;也验证了刀盘扭矩计算公式是合理的、可靠的,满足工程实际需求。

基于数值模拟的富水砂砾地层深基坑降水方案优化

针对深厚的富水砂砾潜水含水层中的深基坑降水问题,本文以沈阳某地铁车站深基坑降水工程为依托,采用数值模拟方法,对比分析了富水砂砾地层中无挡水帷幕及不同挡水帷幕深度下深基坑降水至安全水位时的总抽水量、基坑内外水位及降水引起的坑外地表沉降。研究结果表明:挡水帷幕的存在可以很大程度地减少基坑总抽水量及坑外地表沉降;挡水帷幕的深度在一定值时,可以大大减少降水对环境的影响;综合考虑工程对环境的影响与抽水量,得到了最优化的基坑降水方案,即挡水帷幕深为35m、降水井深为32m。

砂卵石地层超浅埋小净距暗挖群洞施工探析

成都地铁4号线清江路口站北侧附属大部分位于新近建成的成温射线立体交通系统投影下,原设计明挖方案无法实施,采取通道及风道合建暗挖结构方案。暗挖小净距群洞方案存在浅埋、大断面、群洞效应、环境复杂、工期紧张等特点。为了减少群洞效应影响,采取管棚联合导管超前支护、超前加固+径向注浆改良周围地层、分块分部错进、二次衬砌保留部分临时支护钢架等措施,结合相应附属明挖基坑,实现多工序平行交叉作业。通过上述措施,实现了快速安全施工,并且对主道交通无任何影响。

细砂卵砾石互层隧道支护体系与围岩变形现场测试

为避免细砂卵砾石互层隧道施工中发生隧道坍塌、砂涌和冒顶等事故,以在建的国道317线岗托隧道为工程依托,采用现场试验和测试的方法,就超前支护措施适宜性,细砂卵砾石互层隧道地表沉降、洞周变形、围岩深部位移,锚杆轴力、钢拱架内力、围岩-初期支护等支护体系特性进行研究,结果表明:细砂卵砾石互层隧道采用小导管注浆难度大,管棚间隙有砂涌,隧道变形大;采用大管棚配合水平旋喷桩进行超前支护,能有效控制砂涌,围岩变形小。

兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究

兰州地铁黄河隧道为国内首条交通工程类下穿黄河隧道,地质条件极为独特。为解决盾构连续性长距离在大粒径高压富水弱胶结高硬度的砂卵石地层中如何安全顺利掘进下穿黄河,采用理论分析与现场施工反馈紧密结合的方法,研究盾构下穿黄河施工难点及应对措施。研究表明:土压盾构在穿黄施工中相继遇到刀盘卡机、刀具磨损、螺旋机喷涌、固结泥饼、地面塌陷等问题;泥水盾构相继遇到掘进困难、卵石积仓滞排堵管、破碎机故障频发、刀盘刀具管路磨损、泥浆击穿河床等问题,通过设备改造,优化掘进参数,做好区间降水、工法辅助、泥浆制配、渣土改良、刀具改进、气压稳定等工作,有效解决盾构在砂卵石地层中掘进的相关问题,确保黄河隧道顺利建成。

砂卵石地层盾构掘进的刀具磨损和改善措施

随着成都地铁建设的开展,盾构法施工正在成都地铁得到广泛应用。在成都地铁富水砂卵石地层中,有很多因素制约着盾构机快速、安全、经济地进行施工。在这些制约因素中,盾构机刀具的配置和磨损是对盾构机施工影响最大的因素之一。介绍了成都地铁1号线盾构4标段的刀具磨损和保护措施。

圆砾夹砂层振冲碎石桩“气协法”施工技术

在含圆砾夹砂层的复杂地层中采用振冲碎石桩处理时,常会出现'抱管'现象,无法进行正常施工。通过对圆砾中的细砂夹层进行振冲桩的施工资料分析和模拟试验,查明'抱管'不良施工现象的原因,提出相应的'气协'施工方法。结果表明:振冲器的密实电流宜为130~160A,留振时间为13s,气压及水压宜为0. 6MPa。砂粒堆积层是形成'抱管'现象的主要原因,采用'气协法'施工是解决'抱管'有效的方法。

细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳成因和处治措施

为避免细砂卵砾石互层隧道施工中发生隧道坍塌、砂涌、冒顶等安全事故,以在建的国道317线岗托隧道为工程依托,采用三维数值模拟计算和现场测试相结合的方法进行分析,探讨了施工过程中隧道围岩-支护的失稳机理,提出了相应的处治措施,最后通过对失稳前和处治后拱顶下沉、水平收敛的测试比较验证了处治效果。结果表明,细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳的原因是围岩自稳能力差,超前支护适宜性差致使互层围岩不能有效固结,砂涌造成衬砌背后空洞,致使结构承载力降低,现场采用大管棚配合水平旋喷桩进行超前支护,实施效果明显。

砂卵石地区深基坑开挖对地下管线的影响研究

为研究砂卵石超深基坑开挖对地下管线的影响规律,基于砂卵石地层的特殊地质条件,分析了不同因素作用下基坑开挖对地下管线的影响,得出了一些有参考价值的结论。

基于克里金代理模型的富水砂砾石层深基坑地表沉降预测

针对沉降监控预测等大型深基坑施工风险控制难点,为确保工程及周边环境安全,解决基坑监测中的空白现象和揭示基坑开挖监测点后期的沉降趋势,引入克里金代理模型预测深基坑开挖的地表沉降变形规律。以长沙晚报大道地铁站深基坑为例,基于MATLAB编制的Kriging工具箱DACE,对监测到的数据进行前期处理,采用相应的非线性克里金代理模型计算分析了两个监测点的沉降变形值。通过现场实测数据对比,结果表明:预测结果能够满足工程要求,误差均在5%以内。随基坑开挖深度和监测数据样本量不断增加,相应计算结果的误差逐步降低,表明该方法是合理可行的,能够以监测点数据对基坑监测盲点进行模拟预测,相对准确地计算出沉降变形。研究成果为高地下水位区域基坑、隧洞工程安全施工提供科学依据。

强透水砂卵地层深基坑地下水控制方案比选与优化设计

以福州地铁2号线水部站工程为依托,针对强透水砂卵地层深基坑地下水控制问题,首先初步拟定隔水法(落底式止水帷幕、深层水平加固)、降水法以及隔、降组合法(悬挂式止水帷幕+坑内降水)等多种不同的地下水控制方案,通过对各方案的施工风险、环境影响、工程造价等比选,最终确定采用隔、降组合(悬挂式止水帷幕+坑内降水)的地下水控制方案。随后,通过对基坑坑底进行抗突涌验算,确定水部站底部承压水安全水位降深以及相应的疏干井和降压井的布置方案;进一步采用数值计算方法对止水帷幕作用下坑内降压井的稳定抽水流量、坑外水位降深以及地表沉降进行了预测,研究结果表明:该方案下车站基坑周边地面沉降值为13～22 mm,由此说明,止水帷幕的作用效果明显,且能较好地控制周边地面沉降。

砂卵石地层盾构穿越人工湖安全风险控制技术

在砂卵石地层中紧靠河湖的隧道盾构始发以及下穿是地铁施工过程中的难题。以北京地铁16号线西苑站～万泉河桥站区间为工程依托,对富水砂卵石地层盾构隧道穿越人工湖过程中的施工风险做了简要分析,重点介绍了该地层中盾构始发端头加固和掘进参数的控制技术。通过对隧道轴线位置地表监测数据的分析和反馈可知,采用该技术后盾构施工风险得到了有效的控制,可为以后类似砂卵石地层盾构穿越河湖工程的风险控制提供参考。