富水砂层地铁盾构隧道渣土混合改良的流塑性与渗透性

[目的]盾构在富水砂层中掘进时,易产生刀盘扭矩过高、磨损严重以及螺旋运输机喷涌等问题。为了保证施工的安全性,需对渣土进行改良。[方法]以西安地铁16号线某盾构区间工程为依托,根据砂土地层自稳性差、摩擦性高、渗透率高的特点选取渣土改良剂。通过渣土坍落度试验、渗透试验、现场试验相结合的方式,采用泡沫单独改良、泡沫及膨润土泥浆混合改良两种方案开展富水砂层渣土改良试验研究。[结果及结论]实际盾构掘进施工中,在考虑安全、高效、经济的前提下,结合室内试验所得数据,确定采用膨润土泥浆、泡沫混合改良的方案。当膨润土与水质量比为1/8,发泡液质量分数为3%时,改良剂性能满足施工要求;泡沫单独改良渣土受含水率影响大,含水率越高,泡沫最佳注入率越小。中砂的最佳改良方案是BIR(膨润土泥浆注入比)为10%,FIR(泡沫注入率)为20%~25%;砾砂的最佳改良方案是BIR为10%,FIR为35%~40%。工程实践表明,渣土混合改良效果良好,盾构掘进参数平稳。

富水砂层盾构隧道侧穿建筑物水平定向钻孔注浆技术

城市轨道交通盾构隧道下穿或侧穿建筑物时,为避免地层沉降差异超限导致周边建筑物破坏,需对盾构隧道顶线上方软土层进行注浆加固,但在市区施工协调难度大,传统地层加固手段难以实施。文章以广州地铁14号线邓村-江浦区间盾构隧道侧穿姓钟围房屋群注浆加固项目为背景,采用水平定向钻孔注浆技术对姓钟围部分建筑物下伏软土砂层进行远距离加固。通过采用随钻测斜与定向技术顺利完成沿盾构隧道走向的水平注浆孔钻进,通过注浆阀管并结合止浆塞可实现定位重复注浆。实践证明该新工艺对盾构隧道侧穿建筑物时地表不均匀沉降控制具有良好的效果。

富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场研究

研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律,可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法,研究了冻结状态下砂土的热物理及力学特性,分析了斜井冻结法凿井期间冻结壁受力机制,深入分析斜井冻融过程中冻结压力变化规律及原因,对测温孔与冻结壁径向温度实测与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,随着温度降低,冻结砂土导热系数呈现出先增大后减小的趋势,且冻结温度对冻结砂土的内摩擦角影响较大;冻结温度、井筒埋深和地下水对冻结压力的影响较大;混凝土水化热对冻结壁的影响范围约为460~475 mm。研究结果可为富水砂层地区斜井冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。

富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策

富水砂层巷道掘进,由于砂层胶结力差、强度低,开挖后迎头易发生大跨度变形、失稳破坏。针对2煤回风巷掘进至F26断层时发生联锁性突水动力灾害,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了注浆封堵加固、定向疏放水工艺。结果表明:施工钻场对突水区域进行注浆封堵加固,能有效固化该区域岩(煤)体,改善岩(煤)体结构及其力学性能,提高整体稳定性,1号、2号封堵体堵水效果较好;同时为防止泥沙充填裂隙通道,造成二次突水,在带式输送机巷布设钻场(5个定向钻孔、孔径Φ113mm、孔深45m),对漏顶区域及上部含水层进行可控疏放,水位变化曲线观测得出钻孔水位与巷道出水量稳定、突水点处泄水通道畅通,疏放水效果较好。

地铁盾构下穿建筑群施工地面建筑沉降控制方案及富水砂-黏地层沉降预测方法

以广州地铁某区间隧道下穿城市密集建筑群工程为例,利用MIDAS GTS NX软件模拟施工过程,研究盾构穿越富水砾砂、粉质黏土和全风化-微风化花岗岩等复合地层时,地层与地面建筑物的沉降规律,并对比分析线间注浆加固和筏板结构加固方案的有效性。研究结果表明:相较于筏板结构加固方案,线间注浆加固方案可显著控制建筑物与桩基持力层的变形失稳及裂隙水渗流损失。所提经验公式法适用于线间注浆加固工况下的地层沉降变形预测。

富水砂层中地铁隧道施工降水现场试验研究

在富水砂层地区修建地铁,降水是施工的关键。文章在总结分析青岛地区含大量粘粒的砂层这一特殊地层的物理力学性质基础上,以河西站—河东站区间典型断面为背景,布设试验断面,对降水效果及对周边环境影响进行了研究。研究结果表明,通过管井降水可基本将水位降至边墙至仰拱位置,但在土岩组合面,降水困难;水位降低3.57~4.73 m,失水引起的沉降约为-5.58^-10.72 mm;地表最终累计沉降为-24.93^-75.72 mm,降水引起沉降约占总沉降的14.15%~24.65%;降水引起建筑物沉降约-5.1^-2.1 mm,建筑物累计沉降为-18.37^-7.25 mm,降水引起建筑物沉降约占总沉降的17.40%~29.05%,降水对周边环境影响不大;相比非降水施工,利用管井降水后采用小导管加固,在秋冬少雨季节,施工效率明显提高,但在多雨季节,施工容易造成地层大范围下沉,需提高地层加固强度。同时,采用FLAC^(3D)数值模拟软件对降水效果进行计算,计算结果与现场试验基本相符。

富水砂层冻结斜井内外壁受力特性实测

为了解决富水砂层斜井冻结法凿井的技术难题,以陕北某冻结斜井为研究对象,采用现场实测的方法,对冻结压力、冻结斜井内外壁钢筋受力、混凝土应变进行了研究,分析了冻结斜井内外壁受力特性。结果表明:在冻结法凿井过程中,外壁受力可分为3个变化阶段,缓慢增长阶段、快速增长阶段以及平稳阶段;内壁纵向钢筋主要承受拉应力,最大拉应力为13.8 MPa,远小于其屈服强度300 MPa,内壁处于安全状态;内壁环向钢筋先受拉后受压,其所受最大压应力为35.06 MPa,也小于其屈服强度,进一步说明内壁处于安全状态;内壁混凝土应变可分为受拉阶段、快速受压阶段和稳定受压阶段3个变化阶段。研究成果为指导工程实践提供了一定依据。

富水粉细砂地层盾构全水中接收技术

以北京地铁19号线支线清河站南侧盾构区间为例,对盾构全水中接收各阶段工序、风险和控制参数进行分析,得出了相应的风险控制措施,并得到了成功应用。盾构全水中接收参数控制及监测数据表明:全水中接收盾构井灌水高度在实测水位以上0.5m~1m,可有效控制盾构接收涌水涌砂情况;接收期间土压力从15环的0.08~0.12 MPa逐渐降低为0,适当提高同步注浆量至理论值1.25倍,推进速度5.1 mm/min,接近围护桩2环时推力从9000 kN升至20000 kN,磨桩期间推力在9000~14000 kN,风险可控;沉降发生主要有两个阶段,即刀盘出洞及盾尾脱出阶段,各占0.9~1.5 mm,4.0~4.8 mm,盾尾脱出影响大于刀盘出洞影响。

南通富水砂层盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为有效控制盾构隧道近距侧穿既有桥梁桩基施工,给桩基造成一定安全风险,本文依托南通地铁1号线区间盾构工程,建立三维有限元模型,基于流固耦合理论分析盾构施工对桩基水平位移、内力、地表沉降的影响,并验证计算的准确性。结果表明:盾构开挖面距离桩基2D范围内,盾构施工对桩基产生的影响占总水平位移的85%;桩基产生的最大水平位移为16.13 mm;盾构施工引起桩基剪力和弯矩的变化量明显。在富水砂层类似工程施工中应加强监测,同时采取优化盾构掘进参数和地层加固等措施,减小盾构施工对桩基影响。

盾构隧道施工扰动诱发富水砂层地陷变形数值模拟

文章通过盾构隧道开挖面三维弹塑性有限元数值模拟,研究了支护压力变化和地层损失诱发富水砂性地层地陷变形特征,并进一步分析了土体参数变化以及地下水渗流的影响。模拟结果表明,地下水渗流将明显增大维持开挖面稳定所需的支护压力,并显著增大了地层地陷变形的大小和范围,还会改变地层地陷变形模式;当支护压力接近极限值时,隧道顶面处的地层变形值迅速增大;土性劣化使得地层变形增大,当支护压力接近极限值时,土性劣化对地层变形的影响更为显著;受地层损失的影响,隧道顶面处变形最大,朝地表发展变形逐渐减小。

隧道穿越富水砂层合理注浆半径范围的研究

依托西安某新建地铁隧道工程,以其穿越的富水砂层段为研究对象,针对施工中采用的全断面深孔帷幕注浆的不同注浆半径,利用Midas/GTS数值模拟软件对施工过程进行了模拟分析,并通过现场对比分析,重点研究了地铁隧道穿越富水砂层时不同注浆半径对地层的加固效果。在工程建设经济合理的前提下,结合相应工程经验,在保证施工安全的情况下,探讨出隧道穿越富水砂层时的合理注浆加固范围(半径),为相关工程提供参考。

潮间带富水砂层海底隧道及竖井施工技术探讨

针对海底隧道穿越潮间带富水砂层易发生涌砂、涌水地质灾害问题,开展现场试验研究.结果表明:潮间带富水砂层具有承压和潮汐动水特性;采用高压旋喷桩难以达到理想的堵水效果;钢板桩在含卵石的砾砂层施工中容易打偏,止水效果难以保证;在降水处理后,采用TSS管双液浆加固砂层效果明显.结合地质补勘资料,分析了翔安海底隧道及竖井在富水砂层地段发生险性事件的原因,提出在洞外采取地连墙和降水井对地下水进行控制,在洞内采用TSS管注浆预加固的技术方案穿越富水砂层,实践证明,可达到开挖和初期支护过程中基本无水和少水的效果,大大增强围岩自稳性,保证了施工安全,提高了施工进度.同时,还对富水砂层施工经验和不足进行总结与探讨,为今后类似工程建设提供参考和借鉴.

西二线九江盾构设备进洞技术研究

由于砂层、淤泥层等软土地层承载力差,为了预防盾构设备在该类地层进洞出现涌水、涌砂,因此有必要采取措施保证盾构机成功进洞。西二线九江长江盾构项目盾构设备进洞过程中,采用降水法排除地下水,稳定开挖面土体,防止施工中产生流砂。将预埋钢板的管片以焊接的方式进行连接,加强管片之间的固定,提高隧道的整体稳定性,防止管片出现变形、环缝漏水、漏砂等现象。自行设计并委托加工了一套由两道帘布橡胶板、一环扇形压板和一道紧急密封气囊等组成的混合式密封装置,防止出现涌水、涌砂。在盾构掘进控制方面,将进洞段分为三个阶段,各对应阶段采取了相应的掘进模式。通过以上措施,实现了盾构机成功进洞。因此,盾构机在砂层等软土地层采取相关技术措施是非常必要的。

高压旋喷注浆技术在富水砂层隧道中的应用

结合兰渝铁路桃树坪隧道出口工程实况,提出了高压旋喷注浆加固和洞内降水的综合加固方法,解决了施工中仰拱水量大、流砂涌水、支护结构开裂等问题,实现了大断面施工机械化,有效加快了施工进度,经济效益良好。

富水粉细砂地层下穿既有铁路顶管隧道设计与施工

在富水粉细砂层中进行下穿既有铁路的顶管施工,由于施工降水会引起铁路路基的沉降,须采用安全快速、经济合理的工程措施和工法。本文以包头市一雨污水管下穿京包、集包铁路工程为例,详细介绍了所采用的"帷幕止水竖井+超长水平旋喷桩预加固+顶管工艺施工"方案。该方案实现了"零排水、微沉降",保证了施工安全,可为类似工程提供借鉴。

深厚富水砂层地区大直径钢顶管施工关键技术

以石井河上游截污渠箱工程为例,针对富水砂层地区中顶管工程的施工关键技术进行分析。重点探讨了顶管设备选型、工作井止水、顶管进出洞止水、顶进测量纠偏以及钢管管节焊接等内容。通过选用合适的刀盘刀具组合、有效的止水技术以及钢管焊接措施等,解决了大直径钢顶管穿越富水砂层地区的施工难题,保证了顶管工程的顺利进行,可为类似工程提供有益借鉴。

富水砂层大跨度平顶浅埋暗挖隧道施工技术

结合深圳滨海大道过街隧道的施工实践,分析了隧道所处的工程地质和水文地质情况,详细介绍了隧道穿越富水砂层的施工技术。根据隧道的断面尺寸、走向、埋深以及隧道围岩状况,周边环境条件和地面交通要求等情况采取超前排水、立体注浆封堵、增强初衬支护强度和刚度等措施,使隧道顺利贯通。

盾构隧道平行转叠线施工地表沉降特征及控制技术

叠线隧道施工过程中,由于上下线的相互影响,对地层的扰动相比于普通隧道更加剧烈。结合郑州地铁3号线二太区间超小净距叠线盾构隧道工程,基于现场大量实测数据,对2条盾构隧道由平行转到叠线施工所引起的地表沉降进行了分析,得出了全过程的地表沉降特征:平行段左右线开挖对地表的最大沉降影响较小,叠加效应主要体现在地表沉降的横向范围;进入过渡段之后,由于地层、埋深变化和下线隧道开挖时的扰动,上线隧道开挖时引起的地表沉降逐渐增大;隧道开挖进入叠线段时,由于2条隧道间距逐渐减小,下线隧道开挖之后对上线隧道开挖的影响逐渐增大,又因为上线地层变为砂层,导致地表沉降达到26.63 mm,后采用二次补浆措施才得以控制。最后提出地表沉降控制措施。

富水砂层长距离水平定向注浆孔成孔技术

广州地区盾构施工下穿建筑物下方富水砂层时,易产生地面不均匀沉降。为了在盾构推进前形成长距离水平注浆通道,采用斜孔导向钻机配合随钻测斜系统,在富水砂层中形成水平注浆孔。现场在盾构隧道顶线上方2 m位置进行长距离水平注浆成孔施工,成功形成4个水平注浆孔,水平注浆段长达60 m,并顺利下放了注浆阀管。工程实践表明:复合化学泥浆是防止钻孔坍塌的关键,泥浆置换技术和平滑的钻孔轨迹是保障注浆阀管顺利下放的重点。

新意法在富水砂层的适用性研究

青岛地铁一期工程保河区间富水砂层段为典型的"上软下硬"地层,施工中采用了适合中国国情的"新意法",即"环向水平旋喷桩+超前注浆管"对富水砂层进行了加固。文章通过现场取样观测分析,研究了各种砂层中水平旋喷桩成桩效果及存在的问题;并通过现场监测结果针对采用"新意法"施工对工程及周边环境的影响进行了分析。研究结果表明:"新意法"在富水砂层应用中控制沉降效果明显,但施工中也存在桩间咬合不良导致的渗漏水及注浆压力控制不当引起地层隆起等问题;通过对桩体角度从水平和垂直两个方面进行控制和对注浆施工过程进行跟踪监测等方法,克服了"新意法"在富水砂层施工中存在的问题,施工结果表明"新意法"在富水砂层中具有良好的适用性。