考虑推进过程的土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别

考虑推进过程中盾构正面附加推力产生的超孔隙水压力,用解析的方法分析了盾构喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域,利用叠加原理和分离变量法得到土舱水头显式级数解,将螺旋输送机内流场视为一维渗流,通过土舱与螺旋输送机交界面的连续条件确定盾构渗流场解析解。通过数值模拟结果验证了解的正确性,并进行了参数分析。参数分析表明:正常掘进状态下的盾构推力波动频率与渣土固结系数比值近似为0.1~10 m^(-2),可对应于渗透系数10^(-3)~10^(-5)cm/s,当比值大于20 m^(-2),可以忽略超孔隙水压力的影响,比值小于0.01 m^(-2)时,水压力分布近似稳态渗流状态,但比值在1 m^(-2)附近时,超孔隙水压力将存在显著的影响。结合已有的喷涌研究,给出了典型盾构在不同推力波动频率与土体固结系数比值下的临界渗透系数。通过对盾构喷涌实例进行对比,证明了解析解的喷涌判别是有效的。

青岛地铁土压平衡盾构碎石土改良方法研究

盾构在碎石土地层掘进时经常面临着地层渗透性强、刀盘扭矩大、刀具磨损严重等诸多困难。为解决上述施工难题,以青岛地铁4号线典型的碎石土地层为研究对象,首先通过颗粒筛分、LCPC试验和渗透性试验评价了碎石土的基本特性,结合传统的砂土和黏性土改良方案设计了5组碎石土改良配比方案,对不同配比方案进行坍落度试验、渗透性试验和直剪试验,分析了不同改良指标碎石土的流塑性、渗透性及抗剪力学特性,根据实际工程中盾构刀盘扭矩的变化情况验证了泡沫与聚合物组合改良的最佳方案。研究表明:7%浓度泡沫与5%浓度聚合物配比的改良剂能够有效降低碎石土的渗透系数,同时起到降低刀盘扭矩的作用。

富水砂层土压平衡盾构渣土改良技术研究

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180~210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°~90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10-5cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40~200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

土压平衡盾构施工引起地面变形研究的评述

[目的]土压平衡盾构施工过程中会不可避免地产生土体扰动,引起地层变形,进而对周围建筑环境产生不利影响,开展土压平衡盾构施工引起地层变形的研究具有重要意义。[方法]通过整合各类相关文献,以施工各环节的联系为中心进行研究。阐明了土压平衡盾构施工工作机理,从隧道几何因素、土层地质条件和盾构掘进参数三方面研究地面变形诱因。论述了土压平衡盾构施工引起地面变形的预测方法,并分析了各方法的适用性与优缺点。以变形诱因和变形预测为基础,列举了土压平衡盾构施工致地面变形的控制措施。指出了土压平衡盾构施工研究中存在的不足,并对土压平衡盾构施工未来发展方向进行了展望。[结果及结论]土压平衡盾构施工引起地面变形的诱因为隧道几何因素、土层地质条件和盾构掘进参数。土压平衡盾构施工引起地面变形的预测方法有经验公式法、理论解析法、有限单元与有限差分的数值模拟法,模型试验法、人工智能法。基于对地面变形的监测,不断调整施工中的盾构参数,是目前控制土压平衡盾构地面变形的有效方法。

土压平衡盾构通用型渣土改良技术研究

为解决城市地铁土压平衡盾构施工中经常出现的结泥饼、喷涌等重大安全隐患问题。本文对不同地质环境下的渣土渗透系数、内摩擦角、渣土保水率和渣土抗水分散等进行试验研究,并系统分析改良后渣土内摩擦角变化、抗剪强度变化、不同压强下渣土含水量变化、改良后渣土渗透系数变化以及抗水分散性变化。本文提出低浓度阴离子1600万分子量的聚丙烯酰胺溶液和5000分子量聚丙烯酸钠溶液具有良好的渣土改良效果,能适应所有盾构施工地层,其中聚丙烯酰胺是最好的改良剂,针对不同地质环境提出了土压平衡盾构通用型最优改良方案及改良剂最佳配比。

超大直径土压平衡盾构穿越高水压砂性地层土体改良技术研究

超大直径土压平衡盾构全断面穿越砂性地层时,会面临盾构推力及扭矩增大、土仓压力及螺旋机压力不稳、螺旋机喷涌导致开挖面失稳等风险,需要对开挖面土体进行改良。选取泡沫剂作为土体改良材料,通过试验揭示了泡沫剂不同发泡浓度、发泡率与泡沫寿命的关系,并且测定了改良后土体的物理及力学特性,建立了基于发泡材料的改良土体控制方法,形成了高风险开挖面土体改良技术,有效降低了高水压砂性地层盾构穿越施工风险,为同类型施工提供了技术参考。

土压平衡盾构机掘进工程中松动地层的控制及监测研究

为了确保合肥地铁3号线黄潜区间土压平衡盾构机掘进过程的安全和进度,对松动地层的控制及监测展开研究。为控制松动地层的形成,该工程采取地面注浆加固法、超前注浆法、径向注浆法等控制方法;应用地质雷达探测等技术,对地表沉降进行监测。根据地层松动程度和掘进前后地表的沉降程度,选择一种或数种加固方法,对松动土体进行提前加固,实现对工程全面精准的控制。

土压平衡盾构掘进高瓦斯水工隧洞的HSP法超前地质预报

针对土压平衡盾构法掘进高瓦斯隧洞的超前地质预报技术难题,在讨论隧洞开挖方法与瓦斯潜在逸散的基础上,采用HSP预报方法进行高瓦斯盾构掘进施工超前地质预报。结果表明:HSP通过盾构破岩土震源可以获得较好的围岩强反射区域信号,对掌子面前向100 m、径向2倍洞径范围内的断层破碎带、溶洞、软弱夹层、孤石(规模均为等效直径≥2 m)探测准确率≥80%,异常体定位误差≤3 m;通过综合预判前方地质构造及瓦斯状态,进而确定选取常压作业开仓检查及换刀的位置,大幅降低了开仓检查和换刀作业风险,为久隆水库关门山充水隧洞奠定了安全基础,也可为今后类似工程提供借鉴。

大直径土压平衡盾构隧道下穿既有高速公路施工影响分析

通过对大直径土压平衡盾构隧道下穿既有高速公路的施工影响进行分析,研究了当前阶段高速公路变形沉降控制标准和采用不同加固措施情况下既有高速公路施工影响变化。研究结果表明,在未加固工况中路基变形的最大值为28.6mm,加固工况中路基的沉降变形最大值为17.3mm。对比分析表明,洞内的注浆加固对于地表的沉降变形控制效果是极为显著的,所以在盾构隧道开挖过程中对于盾构隧道洞内进行注浆加固十分必要。

土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法

传统土压平衡式盾构机主驱动密封压力控制采用一种油气混合压力控制装置,该装置承压能力不超过0.6 MPa。在操作过程中需要技术人员实时调节,对人员操作要求较高,存在误操作等安全风险,严重时会导致掌子面塌陷、主驱动密封失效、主轴承损坏等严重后果。为解决这一问题,设计了一种土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法。该系统根据土压平衡式盾构机土仓压力的变化自动调节主驱动密封腔压力,并将主驱动密封的最大承压能力提高至0.8 MPa,显著降低人员操作安全风险。该系统对需高承压盾构施工的设备制造及操作有较强的指导意义。

土压平衡式盾构机在地铁隧道施工中的应用技术

在简述某地铁隧道盾构工程概况的基础上,论述土压平衡式盾构机工作原理和技术特征,分析了该工程项目土质对盾构施工的不利影响,阐述了土压平衡式盾构机在控制重点部位、控制工艺参数、改良盾构渣土等方面的应用技术,提出了砂层盾构常见问题及采取的措施,以及如何解决刀盘卡顿问题,可供相关工程技术人员参考。

地铁隧道土压平衡盾构施工的成本控制研究

为了优化地铁隧道土压平衡盾构施工成本控制效果,实现节约施工成本、增加工程利润的目标,以北京轨道交通22号线(平谷线)14合同段隧道工程土压平衡盾构施工为例,开展了盾构施工成本控制方法的全面、系统研究。采用WBS工作分解结构法,分解了土压平衡盾构施工的目标成本,将目标成本细化到各个责任成本中心。在此基础上采用挣值法计算施工成本偏差,找出施工成本超支的具体原因,进而对施工目标成本费用进行控制与优化。通过工程实例对3种成本控制方法的实验结果进行分析对比,验证了本文提出的成本控制方法取得了施工成本最少、节约费用最多的良好结果。

基于压力传递特性的富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

[目的]富水砂层由于渗透性强、含水率高等特点,在盾构掘进过程中易因渣土改良不善而导致螺旋输送机出现喷涌以及刀盘结泥饼等事故,从而影响盾构施工效率,因此需对富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验进行研究。[方法]依托南昌地铁4号线七里站—民园路西站区间典型富水砂层工况,开展室内渣土改良试验。采用自制盾构土舱模型装置对不同改良渣土进行土舱模型试验,基于渣土压力传递特性建立不同改良渣土的坍落度、渗透系数及土压传递系数K_(0)之间的相关关系,研究不同K_(0)下的渣土改良效果。[结果及结论]单独采用泡沫对渣土改良时,渣土的K_(0)与坍落度呈正相关,而与渣土的渗透系数呈负相关,而当渣土的坍落度超过200 mm时,K_(0)会逐步减小。为达到富水砂层土压平衡盾构中理想的渣土改良要求,改良剂配合比建议为:泡沫注入率为25%,或添加的膨润土泥浆注入率为10%。室内试验和土舱模型试验表明:K_(0)越大,渣土改良效果越好;实际工程中单独采用泡沫进行渣土改良后改良渣土的理想的K_(0)为0.60~0.65;而泡沫与膨润土泥浆相结合对渣土改良时,改良渣土理想的K_(0)约为0.85。

石灰岩地层下土压平衡盾构机推进速度预测与分析

[目的]盾构机的推进速度不仅关系到隧道开挖的快慢,对于施工周期与施工成本的预测也具有重要意义,因此需对盾构机的推进速度进行预测和分析。[方法]以济南地铁3号线龙奥站—奥体中心西站区间全断面石灰岩地层为研究对象,收集盾构机掘进数据,采用空推值、异常值剔除及数据去噪等多种方法对数据进行预处理。为了提高预测精度,将数据集划分为训练集和验证集,通过线性回归建立了基于刀盘扭矩、总推进力的推进速度预测模型,并分析了掘进载荷对推进速度的影响规律。[结果及结论]在石灰岩地层下,3组推进速度预测模型的线性回归预测精度均在0.70以上,说明根据刀盘扭矩和总推进力可以正确预测推进速度。土压平衡盾构机在掘进过程中,刀盘转速和推进速度波动均较小,随着刀盘转速增大,刀盘扭矩逐渐减小;刀盘扭矩对推进速度有积极的影响,刀盘扭矩越大,推进速度越大;在同一地层和掘进条件下,由于刀盘挤土作用,仅增加总推进力不利于推进速度的提高,此时需同时增加刀盘转速。

超大直径土压平衡盾构前中盾结构强度计算研究

为确保盾构具备足够的结构强度和刚性,对盾构的主要支撑结构进行受力载荷分析与强度校核。采用SpaceClaim软件对前中盾进行中面抽取,建立壳单元有限元静力学分析模型,根据材料的厚度将前中盾划分成4组壳体,根据有限元计算结果分析了前中盾及其拼装梁的应力和变形情况。结果表明:前中盾的结构强度符合设计要求;最大变形位于拼装梁与后配套设备的连接处,变形较大,经过结构优化改进后变形量降低34.9%。

土压平衡机械顶管出洞综合关键技术研究

顶管出洞的安全质量控制在顶管施工中占据相当重要的地位,其成功与否直接关系到整个工程的成败。针对土压平衡机械顶管出洞所面临的技术问题,采取在洞口区域土体和既有管线联合加固技术、综合采用复合式延伸导轨、机头管刚性连接和主顶千斤顶纠偏三项技术,保证了顶管机出洞过程安全和质量。

土压平衡盾构机脱困措施分析

盾构机是当前地铁隧道施工的重要设备之一。案例工程中,盾构机被困的原因是:注浆浆液窜至盾壳外周间隙内凝固,包裹在盾体外,在进入全断面中风化花岗岩地层中时,因岩层强度高,凝固的水泥浆无法将岩层挤开,将盾构机中盾及盾尾卡住,导致盾构机无法掘进。通过增加推力、增设千斤顶与振动辅助脱困、潜孔钻密排打孔等一系列组合措施,达到了盾构机顺利脱困目的,并且顺利出洞。

土压平衡机械顶管泵送出渣技术研究

在土压平衡机械顶管施工中,常规采用电瓶车出渣方式存在效率低、顶进不连续等缺点,该技术将顶管机前端切削下来经螺旋出土机输送出来的土体,加注一定量的水经电驱动混凝土拖泵搅拌,通过与拖泵连接的管路泵送至地面,由混凝土搅拌罐车运输,该技术不但可以实现顶管连续顶进,而且施工面积小、文明施工程度高。

土压平衡顶管下穿市政主干道施工技术

结合工程实例,分析了土压平衡顶管施工时的管道埋深对道路路基的影响及顶管下穿道路时的沉降量,并就土压平衡顶管施工下穿市政主干道的施工技术要点展开了详细的研究,以保证城市主干道周围建筑及设施安全,减少顶管施工对主干道交通的干扰,提高顶管施工效率。

大埋深复杂地层土压平衡盾构机盾尾脱困技术研究

盾构机盾尾包裹是施工中经常遇到的问题,往往会造成设备损坏、工期拖延、成本消耗。研究盾构机盾尾包裹成因,掌握脱困技术,以及制定切实可行的预防措施,在盾构施工中尤为重要。结合某城际轨道交通项目施工中盾尾包裹脱困实践,分析了盾尾包裹产生的原因,通过采取地层加固、增加盾体润滑、盾体和管片保护、增加辅助千斤顶等系列技术措施,实现了盾构机的安全脱困,为类似工程提供经验和参考。