岛礁的隧洞开发初探及珊瑚砂层地表预注浆后开挖特性研究

由于岛礁空间有限,且陆域吹填受制于海洋地质条件,因此亟需探求拓展岛礁空间的新方案。本文针对岛礁空间不足的现状,提出了建设岛礁隧洞的方案,并基于岛礁工程环境的特殊性,提出了珊瑚砂软弱地层的地表预注浆加固方法,并研发了控压式预注浆试验系统,开展了珊瑚砂软弱地层结构的地表预注浆扩散试验,得到了浆液运移扩散特性;通过优选注浆参数,开展了饱和条件下珊瑚砂层隧洞预注浆加固与未注浆的开挖力学模型试验,分析了围岩应力、地表沉降、涌水量的响应特征。研究结果表明:在珊瑚砂软弱地层中,浆液运移扩散距离同浆液水灰比和注浆压强均有正相关性,渗透系数在水灰比为2.0时突然增大;渗流条件下,隧洞1倍洞径处的围压受到开挖扰动的影响而增大;通过对比预注浆段和未注浆段试验结果,隧洞掘进过程中地表沉降值缩减了92.68%,涌水速率下降为0.3 mL/min。试验结论验证了岛礁环境中开挖隧洞的可行性,对于岛礁隧洞的预加固工程有一定的参考作用。

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。

砂砾卵石覆盖层边坡隧洞进洞方法

以滇中引水工程石鼓水源工程为例,论述砂砾卵石覆盖层边坡隧洞进洞方法。针对砂砾卵石覆盖层边坡稳定性差,隧洞洞口开挖安全风险较高,提出砂砾卵石覆盖层边坡隧洞进洞开挖施工控制措施,通过在孔口两侧边坡打设钢管灌注桩以及自进式超前注浆大管棚,进洞采用预留核心土分台阶开挖法,有效降低隧洞开挖安全风险,提高隧洞进洞施工进度,且满足质量要求。

砂卵石地层中浅埋暗挖马头门施工技术分析

砂卵石地层因其特殊的地质条件,给浅埋暗挖出入口施工带来了诸多挑战。文中以某城市高压线入地电力隧道工程为背景,分析了砂卵石地层中浅埋暗挖出入口施工的技术难点,并从施工工艺、支护措施、施工组织与管理等方面提出了相应的施工技术措施,为类似工程提供了有益的参考。

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。

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。

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。

锚管复合土钉支护技术在砂卵石地层深大基坑中的应用

北京国美商都属深大基坑支护工程。考虑到场地四周空阔,基坑土层以砂卵石地层为主,密实度高,具有放坡条件,总体采用锚管复合土钉墙支护。介绍支护结构组成、结构及施工工艺。通过现场试验,对基坑的水平位移以及锚管(土钉)的受力特性进行分析。结果表明基坑的水平位移很小,满足设计需求;土钉受力随施工进度逐渐增大,尤其是退台的设置会引起退台效应,从而起到减荷和使应力重分布的作用。

长江上游采砂分布及破坏滩群恢复能力模拟研究

随着长江上游地方经济快速增长,建筑行业日益兴旺,砂石需求量与日俱增,沿江江砂开采规模不断扩大,滥采乱挖给河道防洪和航道安全带来不利影响。以宜宾-重庆涪陵河段为例,基于2007-2016年的河道地形资料研究沿线采砂分布状况,并采用平面二维水沙数学模型对破坏的滩面恢复过程进行模拟。分析结果表明,宜宾-涪陵河道采砂累计量约为3.95亿m^3,部分卵石滩滩面破坏,引起局部高差变化达40 m,其对地貌的改变远远超过河道自身调整与航道整治工程的影响;考虑上游水库群的联合调度及河床卵石存量的限制,已破坏的滩面采砂区基本无法恢复至原有形态。

泥水盾构开挖面失稳破坏的颗粒流模拟研究

针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性和地表沉降的问题,采用颗粒流程序PFC2D研究砂卵石地层土体的颗粒流细观参数,从土体颗粒的摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的作用效果进行分析和评价。结果表明:土体的颗粒摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的稳定性有显著影响;土体颗粒的摩擦系数和接触模量越小,开挖面破坏越严重,地层坍塌轮廓越大,地表沉降槽越深;当土体颗粒的摩擦系数增大到2.4、接触模量增大到12×107 N·m^(-1)时,开挖面趋于稳定,地表沉降槽曲线平缓,地表竖向位移较小;泥膜的厚度和黏合强度越小,开挖面挤出变形越显著,越容易引起较大范围的地层变形,从而导致地表塌陷;当泥膜的厚度为20mm且泥膜黏合强度为1 400N·m^(-1)时开挖面稳定。

砾质戈壁在不同扰动方式下的风蚀量研究——以敦煌雅丹地质公园北边的砾质戈壁为例

通过野外移动式风洞,测定了雅丹的砾质戈壁在不同破坏方式、破坏强度、不同风速和不同破坏面积下的风蚀量。结果表明:砾质戈壁不同破坏方式下的风蚀量为:车碾压>剥去砾石破坏>不去砾石破坏>脚踩踏;不同破坏强度下的风蚀量为:车碾压三道>车碾压一道。连续破坏的风蚀量要明显高于间隔破坏。无论在哪种破坏方式和破坏强度下的风蚀量都要远远大于自然床面。不同破坏方式引起的风蚀量随着风速的增大呈指数增加,当风速低于10 m·s^(-1)时床面以轻微侵蚀为主,当风速>12 m·s^(-1)时床面以强烈侵蚀为主。戈壁破坏面积与风蚀模数无关,因此可以利用风蚀量乘以对应的面积来估算各个破坏面积下的风蚀总量。不同扰动方式与强度对风沙流结构也有明显影响。

富水砂卵石地层盾构隧道微扰动施工关键技术

基于近年来富水砂卵石地层中盾构隧道工程遇到的典型问题,对开挖面平衡与盾构掘进、管片拼装、隧道上浮与隧道轴线控制、刀具检修以及风险源加固等方面进行研究。结果表明:螺旋排土—泥膜支护理念兼具泥水盾构开挖面稳定与土压盾构排土简便的特点,可实现保压掘进和微扰动施工控制;基于盾构掘进总推力分析,明确了盾壳摩阻力的影响及减摩措施,进而改善盾构掘进姿态、减少施工扰动;给出管片接缝螺栓拧紧力矩控制值,可有效减少接缝处管片碎裂、接缝张开和渗漏风险;大比重浆液在控制盾尾后方隧道上浮和隧道纵向稳定性方面具有显著作用,可综合考虑采用大比重浆液、增加隧道纵向刚度、隔断隧道纵向水流通道、严格控制切向分力等措施,确保成型隧道轴线与质量满足设计要求;衡盾泥可在开挖面形成"泥墙",并保持一定的稳定压力以满足刀具更换需要;工艺灵活、效果可控的钢管隔离桩技术可起到保护构筑物的作用。

砂卵石强透水地层泥水平衡盾构隧道开挖面极限支护压力研究

以兰州市轨道交通1号线穿河段泥水平衡盾构隧道为工程背景,针对砂卵石强透水地层盾构隧道开挖面稳定性问题,应用FLAC 3D建模分析渗流作用下隧道开挖面的极限支护压力。结果表明:隧道开挖后围岩渗流场发生改变,产生水压力差,造成地下水沿洞周渗出,孔隙水压力等值线呈漏斗状分布;渗流作用下开挖面极限支护压力为107 k Pa,岸堤经泥水盾构下穿后沉降量较小。最大沉降现场监测值与数值计算值误差为11.1%,表明计算模型合理,计算结果可靠。

前坪水库筑坝砂砾料现场碾压试验研究

无序人工河道采砂导致前坪水库料场筑坝砂砾料级配范围变化大、离散性大,为进一步明确上坝料级配包线,科学确定碾压施工参数,提高施工工效,验证设计填筑标准的合理性,在选定26 t自行式振动碾条件下,对扰动筑坝砂砾料进行了不同铺厚、不同碾压遍数和不同洒水情况组合的现场碾压试验。在试验基础上,提出能够满足填筑标准的高效碾压施工参数及相应的质量控制措施。

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。

TBM洞挖料用于胶凝砂砾石骨料的可行性研究

从时间与空间、环境保护、经济效益、社会效益与施工技术发展5个方面,分析了TBM洞挖料作为胶凝砂砾石骨料的可行性。通过直接采用TBM洞挖料和掺一定比例细颗粒料后的洞挖料作为骨料两种情况进行了胶凝砂砾石抗压强度试验,同时将试验结果与大同守口堡水库大坝(首座永久工程)工程现场试验抗压强度结果进行了对比。通过试验验证和对比分析可知,TBM洞挖料用作胶凝砂砾石骨料是可行的,该研究结论为TBM洞挖料的回收利用提供了新思路,也为胶凝砂砾石坝的建设提供了新材料。

富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工技术研究

以广州地铁3号线北延段机场南站—机场北站区间隧道为工程背景,从施工风险、工期、管线及交通疏通、沉降等方面对比分析CRD工法和单洞双线顶管法,对比有限元模拟计算数据和实际施工监测数据。结果表明:单洞双线顶管法引起地表沉降值、隧道结构拱顶沉降值远小于CRD工法;实际施工过程中,单洞双线顶管法产生的地表位移和土层位移变化趋势与数值模拟一致;单洞双线顶管法与CRD工法相比,缩短了支护时间,降低了带水作业风险,工期可控。实践表明,单洞双线顶管法适用于富水砾砂岩溶地层暗挖地下工程,效果较显著。

砂卵石地层管幕施工中地层扰动的数值模拟

为判断工程施工对地层的扰动程度,依托矿山法新建北京地铁8号线木樨园桥南站—大红门站区间正线下穿既有10号线盾构区间工程,提出以土层沉降作为施工扰动微变形判断依据,进行钢管顶进施工现场实验,并在实测数据基础上采用FLAC^(3D)软件建立三维数值模型,研究砂卵石地层中管幕施工对地层扰动变形的影响。结果表明,管幕施工对上部地层的扰动以沉降为主;砂卵石地层中管幕预支护体系能够减小隧道施工对上部土层的扰动;在管幕预支护体系作用下进行新建隧道的施工,能够将既有结构的沉降变形控制在允许范围内。研究结果可为相关地下工程管幕预支护体系设计、施工提供参考。

小净距暗挖区间下穿施工对高铁路基的影响研究

文章为研究北京砂卵石地层某小净距暗挖区间下穿施工对京张高铁路基的影响,以下穿既有京张高铁路基段的新建小净距暗挖区间工程为背景,对小净距暗挖区间工程施工进行了设计,并用MIDAS/GTS有限元软件对下穿既有高铁路基段的新建小净距暗挖区间施工过程进行了有限元分析;研究了小净距暗挖区间施工过程中既有高铁路基位移变化特征;并收集相关监测数据总结位移变化规律,实际监测数据验证了数值计算的可行性。

砂砾地层浅埋盾构隧道开挖对地表变形的影响

目的研究隧道在不同拱顶覆土厚度、不同盾尾注浆弹性模量、不同土体强度下盾构掘进诱发地表变形的规律,并分析土拱的形成与深浅埋隧道的关系。方法基于沈阳地铁10号线一期工程中医药大学站至松花江街站区间的勘探地质条件和开挖获得盾构开挖参数,采用数值模拟和现场实测进行比较分析。结果在浅覆土厚度条件下,地表沉降量随着注浆弹性模量的增加而逐渐减小,地表竖向位移随内摩擦角的增大而逐渐减小。当注浆弹性模量不低于2 MPa时,模拟值与实测值近似吻合,地表沉降量随着覆土厚度的增加而逐渐减小。土拱的形成在一定程度上受内摩擦角的影响,主要成因与拱顶覆土厚度有关,隧道拱顶是否形成完整椭球体状土拱可作为隧道深浅埋划分的依据。结论砂砾地层浅埋盾构隧道开挖时,拱顶覆土厚度、土体强度对地表变形影响很大,合理的初始注浆弹性模量,可在一定程度上改善地表变形。