Water shutoff model test in water-rich sandy stratum by phosphoric acid-water glass grout

The rheological behavior of phosphoric acid-water glass grout in different mixing ratios was studied. Grout made of water glass with Baume degree of 20° and 13.4% phosphoric acid by 1:1 volume ratio is found to be more effective in stopping water. Laboratory model test of water shutoff by grouting was conducted. Test results show that the diffusion length and water cutoff effect of the grout are significantly improved as the grout head is raised, due to the dilution of underground water, and it takes the grout longer than its gel time to cut off water.

砂卵石地层盾构区间地表沉降影响因素聚类分析

为了掌握盾构掘进参数和地质条件对砂卵石地层盾构区间地表沉降的综合影响规律,依托成都地铁某盾构区间,结合团队前期地表沉降与掘进参数的关系,确定了总推力、刀盘转速、螺旋机转速、上覆土层厚度、地下水位、卵石层厚度6种聚类指标,利用K均值聚类算法对各参数指标的实际监测数据进行聚类,综合分析各个指标对地表沉降的影响。结果表明:1)根据K均值聚类结果把监测点即施工地段划分为3种地表沉降风险等级,监测点1—3为危险(Ⅰ级),监测点7—13、16—19、25—34为较危险(Ⅱ级),监测点4—6、14—15、20—24为安全(Ⅲ级)。2)根据聚类结果可知,在特定范围内掘进参数、地层构造与地表沉降之间具有正、负相关性关系。3)通过分析地层构造、掘进参数与地表沉降的关系,得出当上覆土层厚度较大、地下水位较小、卵石层厚度较大时,掘进参数控制范围为总推力29034.00~31181.95 kN,刀盘转速1.25~1.32 r/min,螺旋机转速6.13~6.98 r/min;当上覆土层厚度较小、地下水位较小、卵石层厚度较小时,掘进参数控制范围为总推力34419.89~36867.28 kN,刀盘转速1.44~1.45 r/min,螺旋机转速5.74~6.99 r/min。

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.

富水砂卵石地层泥水盾构施工地层变形规律

研究目的:富水砂卵石地层颗粒间空隙大、无黏聚力且灵敏度高,在此类地层进行大直径盾构隧道施工所引起的地层变形规律尚不明确。本文以北京地下直径线为依托,通过对地表沉降和深部土体水平位移的实测和分析,得出富水砂卵石地层盾构隧道施工引起地层变形的基本规律。研究结论:(1)通过对盾构刀盘改造,可使富水砂卵石地层泥水盾构施工引起的地表沉降显著降低,隧道两侧深部土体的水平位移也相应降低,说明合理的盾构刀盘设计对富水砂卵石地层变形控制至关重要;(2)盾构隧道掘进过程中,最大沉降发生在盾构通过阶段,地表沉降的纵向影响范围约为盾构隧道工作面前方1.25倍隧道洞径和工作面后方4.15倍隧道洞径;(3)盾构刀盘改造前后,Peck公式均可以很好地拟合地表沉降槽曲线,但地层损失率和沉降槽宽度系数有一定变化;(4)研究成果可为类似工程提供借鉴及参考。

富水砂卵石地层土压平衡盾构带压换刀技术

成都地铁1号线的盾构掘进表明，在砂卵石地层中开挖刀具的磨耗非常严重，平均120～150m需全面更换一次刀具。结合成都地铁1号线盾构3标项目，对浅埋富水砂卵石地层条件下的土压平衡盾构带压换刀技术进行了有益尝试并获得成功，从而形成了相关成套技术。主要包括带压换刀工作气压值的经验计算公式，膨润土泥浆的配合比和制备流程，以及按“到达预定换刀地点前”、“到达时”、“换刀结束后的恢复掘进”三阶段控制的施工工艺。

砂卵石地层矿山法隧道近距离穿越既有线关键技术研究

针对富水砂卵石地层新建隧道超小净距离下穿已运营地铁盾构隧道工程,对既有线保护涉及的隧道穿越工法进行了全面比较,研究了矿山法隧道涉及的地层超前支护方式,并采用数值计算与理论分析相结合的手段从受力转换与拱顶应力释放控制角度对隧道衬砌结构选型进行了探讨,研究结果表明:矿山法隧道近距离下穿既有运营地铁隧道具有一定优势;矿山法隧道大管棚超前支护形成的钢筋砼扣拱,具有明显的隔断开挖扰动、减小地层应力释放的作用,发现钢管套打工艺可有效解决砂卵石地层钢管难以打入的难题;初期支护十二次衬砌十三次衬砌的结构型式可显著减小隧道永久结构施工期间的应力释放与围岩变形,最大程度减少结构受力体系转换过程中的应力释放与地层变形,确保满足既有线安全运营需求,研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.

砂卵石地层撕裂刀布置对刮刀磨损的影响研究

研究目的:砂卵石地层空间分布不均、磨蚀性强,盾构在该类地层中开挖时经常出现掘进效率低、刀具磨损严重的情况,为实现砂卵石地层盾构安全高效掘进,开展撕裂刀布置对刮刀的磨损影响研究。本文以北京新机场线"磁一"区间工程为背景,根据区间砂卵石地层分布特征及刀具磨损的保护需要,对撕裂刀及刮刀进行分区、分层布置设计,提出三种组合布置模式;开展盾构现场原位试验,利用现场观测断面及监测断面,对盾构掘进过程中刀具的磨损状态进行跟踪测试与分析。研究结论:(1) B模式刀具布置可以有效降低刮刀的磨损,刀具布置时应优先选用此模式;(2)撕裂刀对刮刀的保护作用随着距离的增加迅速减小,有效保护距离为单倍刀宽;(3)该研究结果可为砂卵石地层盾构刀具的布置提供理论依据及参考。

不截流条件下长距离穿湖盾构的选型及控制参数研究

湖底富水砂砾黏土地层具有水压高、渗水性强、地下水径流通畅和补给迅速以及自稳能力较差、卵石粒径大等特点,盾构在不截流条件下长距离和小半径曲线穿湖施工常面临由于大粒径卵石排除困难、刀盘和刀具磨损严重、盾构机卡壳、管片损伤、地层扰动造成的塑性区隆沉开裂和贯通、停机进行刀盘刀具更换或修复难度大等风险。本文以北京地铁14号线盾构隧道下穿朝阳公园北湖和南湖工程为背景,对盾构机选型中的外径、刀盘开口率、刀具磨损量、刀盘扭矩和排土量等重要参数进行了计算分析和合理性验证。同时提出了辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层中长距离下穿湖泊的合理掘进参数和相关控制措施,并通过井下监控和地面监控实时跟踪盾构机掘进姿态来保证盾构顺利掘进。最后工程实践表明辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层应用可行。

粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道采用泥水盾构穿越黄河粗粒径砂卵石地层,是中国下穿黄河的首条地铁盾构隧道。总结兰州地铁1号线泥水盾构下穿黄河的经验,以及高水压粗粒径砂卵石地层盾构机选型、盾构掘进参数设定、穿越黄河风险控制等方面的经验,对泥水盾构在粗粒径砂卵石地层下穿黄河的风险控制和国产盾构机的发展具有重要价值。研究结果表明:泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要,盾构推力、泥水压力、注浆压力与水压力密切相关;深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好,盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区;掘进以平衡水压力为主,采用Terzaghi塌落拱理论计算的泥水压力值更接近实际。

南昌富水砂砾石地层土压平衡盾构渣土改良技术研究

以南昌轨道交通1号线土建六标工程项目的彭家桥站—师大南路站区间施工所采取的渣土改良技术为背景,对富水砂砾石地层条件下土压平衡盾构施工渣土改良系统的优化创新、渣土改良剂的选择、配合比试验、添加剂注入量的确定等措施进行了详细的研究试验,实践结果表明,通过该项渣土改良技术改良出的渣土具有良好的流塑性和止水性,有效地减小了刀盘扭矩,控制了地表沉降,并安全地下穿了浆砌块石基础的老石拱桥。

北京砂卵石地层盆形冻结的温度场扩展规律研究

地下工程盆形冻结止水结构包括位于开挖范围周围的冻结帷幕(盆壁)及开挖范围底部的水平冻结板(盆底)两部分。采用物理模型试验与数值模拟的方法,分析了北京典型富水砂卵石地层条件下盆形冻结在静水及0.5 m/d渗流条件下的温度场扩展规律。研究发现:盆形冻结技术作为冻结工法在市政工程领域的全新应用,对地下工程的施工区域能够有效起到冻结止水效果;盆形结构不同部位在不同的渗流条件会表现出不同的冻结交圈次序,静水条件下盆壁冻结管会先于盆底冻结管交圈,渗流条件下则依次是顺水流盆壁、盆底、背水面盆壁、迎水面盆壁,此时盆壁冻结是制约盆形冻结的关键因素,实际工程应重点关注盆壁冻结;冻结厚度是评价冻结效果最直观的指标,在静水条件下盆壁厚度趋于稳定,盆底水平冻结板厚度逐渐超过盆底冻结管长度且向盆内与盆外两个方向同时发展;渗流条件下,迎水面盆壁厚度最小,背水面盆壁由于绕流现象出现冻结锥体而局部厚度增大,盆底水平冻结板厚度仅向盆内单向发展。

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。

大坝帷幕灌浆技术在基坑工程中的应用

通过一灌浆工程设计和施工实践，说明了在含水量高补给充分的砂砾卵石层中运用大坝帷幕灌浆技术进行基坑止水和支护的可行性和经济性。

兰州地铁黄河隧道设计难点及方案论证

研究目的:兰州地铁1号线一期工程2次下穿黄河,为黄河上第一条交通工程类隧道,国内首创。隧道位于兰州市七里河断陷盆地内,属强透水砂卵石地层条件下连续性长距离的穿河隧道工程,建设环境国内罕见。兰州地铁黄河隧道还要考虑线位、车站、临近既有桥梁、下穿河道河堤等诸多因素,具有较大的设计和施工难度。为确保工程顺利实施,应前期充分论证,精心设计,得出最优设计方案,以利于工程建设。研究结论:本文以兰州地铁黄河隧道外部环境为研究基础,通过剖析相关设计难点,得出黄河隧道设计方案。(1)区间采用两条单洞单线隧道,双线同侧上游绕避桥墩下穿河道,间接控制式泥水平衡盾构施工,装配式钢筋混凝土管片,双道防水措施;(2)两穿黄河区间设中间风井、联络通道及废水泵房等附属,综合区间疏散平台、通风竖井、联络通道及防淹门等防灾救援设施,从而形成一整套完善的黄河隧道设计方案;(3)相关设计结论和经验可丰富我国穿江越河类隧道的修建技术,也可为后续类似工程的建设提供借鉴和参考。

大埋深富水砂卵石地层泥水盾构带压换刀及动火焊接技术

通过北京铁路地下直径线工程盾构施工实践经验,总结了大埋深富水砂卵石地层泥水盾构施工中带压换刀技术以及特殊情况下的带压动火焊接技术。带压换刀的技术主要有两个方面:一是选择合理换刀地点及进舱工作压力,保证掌子面土体的稳定;二是进行开挖舱高浓度泥浆的置换和中盾高浓度泥浆的注入,有效地防止了气体的逃逸。在施工中成功实现了带压进舱250余次,工作压力从0.9bar(1bar=100kPa)增加到2.8bar,未发生任何安全事故。

成都砂、卵石地层盾构机耐磨性及刀具适用性研究

针对成都砂、卵石地层盾构施工中刀盘、刀具和螺旋输送机等磨损大的问题,提出和实施了预防磨损和提高耐磨性的几方面措施,提出和应用了适用于成都砂、卵石地层的刀具,并特别强调了滚刀在成都砂卵石地层中使用的重要性和适用性。延长了刀盘、刀具和螺旋输送机的使用寿命,降低了磨损和消耗,减少了在砂卵石地层中的修理和更换刀具次数,顺利达到长距离掘进和施工的目标。

砂卵石地层泥水平衡盾构隧道掘进参数控制

砂卵石地层具有地层结构松散、孔隙率大、整体强度低等特点,在此地层中进行盾构施工,合理设置掘进参数至关重要。以兰州地铁1号线迎门滩—马滩区间隧道砂卵石地层泥水平衡盾构施工为依托,研究了砂卵石地层泥水平衡盾构掘进参数。现场监测结果表明,加大盾构总推力能够适当提高掘进速度,而加快刀盘转速却不能达到这一效果。采用FLAC 3D有限元软件数值模拟了不同支护压力和注浆压力下盾构隧道掘进过程。结果表明:掌子面支护压力应与掌子面土压力相匹配,同步注浆压力应与掌子面原位应力基本一致或略高。

基于在砂卵砾石地层中跟管造孔工法的应用

在地质造孔施工中,对于穿透卵石层进行岩体灌浆施工的常规方法是采用跟管钻机造孔下设预埋钢管,再进行岩体钻灌施工。文章讲述穿透近30m深度卵石层的跟管造孔工法的成功应用,既解决了砂卵砾石层采用常规工法不成孔的难题,又缩短了工期,节省了投资,为今后解决类似地质情况的施工提供了范例。

富水砂卵石地层超细水泥注浆模型试验与工程应用研究

通过室内模型试验进行超细水泥注浆研究,提出了富水、围岩松散等复杂条件下斜井全断面超前预注浆、地面预注浆、壁后注浆的综合处理方法。跟踪监测结果表明,注浆后围岩的稳定性和承载力大幅提高,巷道涌水及断面收敛变形的现象得到有效控制。通过工程实践发现,超细水泥注浆起到止水及加固围岩的作用,对富水巷道需不断止水的状况有所改善,达到了预期的安全性和可行性要求。

高渗压下砂砾层巷道变形稳定性分析

为了获得高渗压对西部矿区中生代砂砾层巷道变形、稳定性的影响规律,通过理论分析与数值模拟的方法探讨了渗流作用下围岩变形特征及巷道失稳致灾的原因,得到了渗压影响下的巷道围岩变形解及塑性区半径解.分析结果表明:外部渗透压力与砂砾层巷道围岩的变形近似呈线性关系,高压渗流对巷道顶板及帮部的变形、稳定性影响较显著;围岩产生较大变形后难以形成自平衡拱,同时,顶部水头压力较高,进一步增加了顶板下沉量,从而导致顶板松散岩体滑移、垮落,产生冒顶灾害.