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。

砂卵石地层大直径盾构侧穿筏板基础建筑沉降控制技术研究

为探究砂卵石地层大直径盾构侧穿筏板基础建筑过程中的沉降控制技术,依托成都轨道交通17号线二期龙爪堰站—清水河大桥站—浣花里站区间隧道施工项目,结合监测数据和施工参数,建立精细化数值模型对盾构施工过程进行了模拟。盾构侧穿后,右侧基础沉降较大导致建筑结构重心向右侧偏移,进而导致地下室中间柱竖向压应力明显增大。盾构侧穿过程中筏板基础建筑更容易出现向盾构一侧的整体倾斜,且建筑远离盾构一侧甚至可能出现轻微隆起。针对侧穿筏板基础建筑的盾构施工,建议特别关注建筑物的倾斜率,并考虑采用地层注浆加固和隔离桩施工方法以减小沉降。

砂卵石地层盾构过河沉降控制技术研究

盾构在砂卵石地层中穿越河流,如何控制因开挖造成的沉降是施工的重点。结合北京地铁某盾构区间穿越昆玉河试验段工程实例,对监测数据进行分析;并研究盾构法在砂卵石地层中穿越河流减小沉降的技术。

砂卵石地层盾构过河沉降控制技术研究

盾构在砂卵石地层中穿越河流，如何控制因开挖造成的沉降是施工的重点。本文结合北京地铁某盾构区间穿越昆玉河试验段工程实例，并对监测数据进行分析，研究盾构法在砂卵石地层中穿越河流减小沉降的技术。

砂卵石地层盾构刀具磨损预测模型及刀具参数敏感性分析

[目的]砂卵石地层中的石英颗粒体积分数较高,会导致盾构刀具磨损严重,影响施工进度及工期。建立盾构刀具磨损预测模型来预测盾构刀具的磨损量,是确保盾构法施工高效安全进行的重要环节。因此,有必要研究刀具磨损预测模型,并进行刀具参数敏感性分析。[方法]分析了砂卵石地层对盾构刀具的研磨性;介绍了砂卵石地层盾构刀具的切削机理;建立了考虑微观磨损特征的盾构刀具磨损预测模型,并对刀具参数进行敏感性分析。[结果及结论]不均匀系数、特征粒径与材料的磨损量正相关;塑性去除磨损、脆性去除磨损和黏着磨损的体积分数分别为61.4%、30.8%、7.8%,塑性去除磨损和脆性去除磨损占比较大;磨损系数随着不均匀系数和特征粒径的增大而增大,盾构刀具的磨损量整体随着刀具刃角的减小而减小。盾构刀具的磨损主要由磨粒磨损和黏着磨损造成。

基于EDEM的砂卵石地层盾构刀具磨损特征研究

为揭示砂卵石地层土压平衡盾构典型刀具的磨损特征,指导该地层中盾构刀具的设计、布置等关键问题。采用室内三轴试验及数值离散元软件(EDEM)仿真分析,标定了颗粒-刀具磨损接触参数。依托北京新机场“磁各庄-1号风井”砂卵石盾构工程,构建了砂卵石地层EDEM数值盾构模型,可视化了砂卵石地层土压平衡盾构中典型刀具(楔犁刀、刮刀)的磨损特征,通过实际工程对模型进行了验证。研究表明:(1)以犁松原状砂卵石土为目的的楔犁刀具是掘进主切削刀具,表现为刀头合金表面以及刃角处连续的摩擦磨损形式,磨损量较大;(2)以剥落输排为目的刮刀主要表现为刀身迎土面以及刀头合金表面随机的点蚀磨损,磨损量较小;(3)刀盘径向刀具的磨损量随轨迹半径及刀体高度的增加而增大,同轨迹上高刀的磨损系数高于低刀,高刀对低刀的磨损有保护作用;刀盘径向刀具和环向刀具的“梯次化”布置可延长盾构单次连续掘进距离。

砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究

成都地铁区间盾构隧道所处地层主要为典型富水砂卵石地层,盾构施工引起的地层损失在地下水、地面荷载等影响下很容易形成滞后沉降,导致地表发生塌陷。针对成都地铁1号线一期工程建设经验,总结了砂卵石地层滞后沉降形成的原因,同时,采用颗粒分析软件PFC2D,从细观层面对砂卵石地层中滞后沉降的发展形成过程进行模拟,分析隧道埋深、地层空洞位置等因素对滞后沉降的影响。研究表明,砂卵石地层的特殊工程地质性质是滞后沉降形成的根本原因,盾构施工工艺是关键影响因素。细观研究表明,地层损失导致在隧道两侧上方约45°方向出现两条破碎带,形成三角形的松散区域,洞周地层应力发生显著变化。隧道埋深直接影响滞后沉降是否发生,地层空洞方位对滞后沉降的发生区域有重要影响。

盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏观分析

以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景,采用室内试验、PFC2D二维颗粒流程序和Plaxis 3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟,揭示了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制和沉降规律,并结合实际施工参数和实测地表沉降数据进行了对比分析,获得了土压盾构在砂卵石地层中掘进引起的地表横向沉降槽和纵向沉降槽曲线,分析了不同大小的开挖面土仓压力和盾尾注浆压力对地表沉降的影响,给出了砂卵石地层开挖面土仓压力的建议值和盾尾注浆压力参数的合理取值范围。细宏观分析表明,与注浆压力相比较,土仓压力对地表最大沉降曲线的形状影响较小;但必须关注土仓压力的变化,在砂卵石地层中由于土拱效应对开挖面稳定性影响较大,甚至发生突然坍塌破坏。

基于上限定理的砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性分析

目前对砂卵石地层开挖面稳定理论模型的研究相对较少,施工过程中盾构机支护力的施加多凭借施工经验进行。为研究砂卵石地层开挖面失稳问题,运用极限分析法上限定理,结合椭球体放矿理论,建立盾构隧道开挖面极限分析模型的计算方法,研究开挖面前方土体变形未发展至地表与发展至地的表两种工况,得到了极限支护力的上限解析解。并选取五种典型的理论分析方法验证了计算结果的正确性。结果表明:所提出的对数螺线椭球体机制得到的开挖面极限支护力受地层内摩擦角、隧道直径以及土体重度的影响较大,埋深和黏聚力的影响较小,地表超载的影响最小;其中开挖面极限支护力均随着土体重度和隧道直径的增大而线性增大,随着摩擦角增大呈现非线性减小趋势;通过与旋转破坏机制、3D对数螺线机制、FLAC^(3D)数值模拟得到的开挖面前方塌落区域的对比,所提出的开挖面前方塌落机制与数值模拟能接近地层的失效形状。

砂卵石地层盾构隧道施工地表沉降槽宽度系数分析

首先对比分析当前沉降槽宽度的计算方法,优选出O'Reilly&New经验公式。然后通过成都地铁7号线现场实测地表沉降数据对O'Reilly&New经验公式进行修正,得出地表沉降最大值,绘制沉降曲线,从而达到预测地表沉降的目的。经成都地铁3号线的实测数据验证,修正后的经验公式能较为准确地计算出沉降槽宽度,适用于砂卵石地层盾构隧道地表沉降的预测。

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。

砂卵石地层盾构推进对地表沉降影响数值分析

在成都地铁项目工程中,盾构穿越大面积砂卵石地层在我国尚属首例。利用有限元软件ANSYS建立三维数值模型,研究了盾构在不同埋深、等代层厚度、掘进压力等工况下的沉降规律,提出了相关参数控制性建议,可为类似地层盾构隧道的设计施工提供参考。

砂卵石地层大直径盾构工程地表沉降深度学习预测

为进一步提高复杂环境下大直径盾构工程沉降预测的准确性,以成都地铁17号线为研究对象,基于深度学习方法及z-score标准化处理后的盾构掘进参数数据,采用网格搜索法找出超参数最佳组合,构建地表沉降预测模型,并通过与其他预测模型进行比较,验证所构建模型的可行性及有效性。研究结果表明:预测模型的预测结果与实测结果拟合较好,预测精度能够满足实际工程需求;当地表沉降小于20 mm时,模型预测精度最高,为93.68%。研究结果对盾构工程的安全施工具有重要的现实意义。

富水砂卵石地层盾构隧道近接下穿运营线路变形特性分析

依托成都地铁19号线双流机场—龙桥路站区间下穿既有运营地铁3号线工程,采用ANSYS数值模拟软件,分析富水砂卵石地层超前管棚支护和洞内深孔注浆联合加固下,盾构穿越施工全过程的地表沉降和既有地铁管片支护结构变形规律,并通过实测数据验证数值模拟的准确性。结果表明:地表竖向沉降符合Peck曲线分布,地表最大沉降2.59 mm,满足下穿施工控制要求;3号线管片保持平稳,竖向位移最大值4.80 mm,左右拱腰虽然在穿越段受开挖扰动,发生较大水平位移,但在穿越后基本恢复;现场实测数据表明联合加固方案可确保盾构施工及运营线路的安全。

富水砂卵石地层土压平衡盾构施工滞后沉降分析及预防控制措施

成都地铁富水砂卵石地层采用土压平衡盾构法施工时,存在着比较特殊的滞后沉降现象。结合成都地铁施工的实践经验,分析了富水砂卵石地层施工滞后沉降的产生机理,研究并总结了预防控制滞后沉降的措施,为国内类似工程滞后沉降的预防控制进行了初步的探索。

砂卵石地层盾构区间掘进参数优化及控制措施研究

针对成都地铁10号线红牌楼站—太平园站盾构区间砂卵石地层,分析在不同条件下掘进参数的变化规律并进行数据统计研究,得出了各掘进参数之间的相关性。后提出了掘进参数的优化流程和措施。研究表明:(1)掘进推力和刀盘扭矩呈增大趋势,土仓压力和掘进速度呈减小趋势。(2)为获得相同贯入深度,掘进推力增大;随着覆土厚度减少土仓压力随之减小;刀盘扭矩受外界各种因素影响数据较为离散波动较大;掘进速度受到上坡路段和风险源双重影响,所以在过处于上坡地段的风险源时,速度略有减小趋势,但幅度较小。(3)通过改良剂泡沫,减弱了混凝土颗粒之间与结合水的接触作用实现了对盾构机土仓压力的有效监控和调整;渣土改良能有效降低盾构机刀盘的摩擦力,是降低盾构机刀盘力矩的一种有效手段;推进速率限制在30~50 mm/min,钉状材料运输速度通过设定土压和推进速率相匹配;掘进推力应该设在1100~1200 kN,使盾构机平稳推进以此实现掘进推力的优化控制。

富水砂卵石地层盾构隧道与地面下伏空洞安全距离计算模型

[目的]为保证富水砂卵石地层中盾构隧道穿越地面下伏空洞施工时的安全性,需研究盾构隧道与地面下伏空洞间的安全距离。[方法]以南昌地铁1号线东延伸段隧道工程为例,结合理论计算与数值模拟方法,基于突变理论,针对地面下伏空洞与隧道间的安全距离进行定量分析;结合结构力学近似分析法对现场典型地面下伏空洞与隧道间的安全距离进行计算,建立富水砂卵石地层盾构隧道与地面下伏空洞安全距离的计算模型;以地面下伏空洞与隧道间岩土层系统塑性区是否贯通作为判据,利用Abaqus软件数值模拟方法对所提计算模型的合理性进行验证。[结果及结论]所提富水砂卵石地层盾构隧道与地面下伏空洞安全距离计算模型具有一定的准确性与合理性,可应用于工程实践。隧道与地面下伏空洞间的安全距离随着地面下伏空洞跨度的增加而增加,随着其高跨比的增加而减少,随着围岩影响因子水平的增加而增加。

砂卵石地层泥水盾构废浆二次利用技术研究

为解决泥水平衡盾构施工期间产生的大量废弃浆液难处理和盾构同步注浆高成本的问题,提出将泥水平衡盾构产生的废弃泥浆再利用于配制同步注浆浆液。本研究依托主要穿越地层为砂卵石地层的成蒲铁路紫瑞隧道工程项目,研究浆灰比(废弃泥浆与水泥质量比)、浆砂比(废弃泥浆与砂质量比)对同步注浆浆液的性能影响,另外在废浆再利用配制同步注浆浆液的基础上,研究了用耐火泥替代部分水泥的可行性。研究结果表明:1)随着同步注浆浆液浆灰比的增大,同步浆液的流动度增大,凝结时间延长,立方体28d抗压强度降低;2)随着浆砂比的增大,同步浆液的流动度增大,凝结时间延长,立方体28d抗压强度也降低;3)掺入耐火泥将增强同步注浆浆液的28d抗压强度,降低同步浆液流动度,缩短同步浆液凝结时间。因此,在配制同步注浆浆液中,用耐火泥替代部分水泥具有可行性,并能带来一定经济效益。

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。

砂卵石地层小净距超大直径盾构下穿大堤影响分析

城市中的水下盾构往往需要穿越防洪大堤,而盾构掘进引起的地层损失会扰动大堤下卧地层,造成大堤变形,影响大堤的安全和稳定性。佛山市顺德水道隧道为小净距超大直径(外径>15 m)盾构隧道,穿越富水砂卵石地层,通过数值分析对砂卵石地层小净距超大直径盾构下穿大堤进行影响分析,得出盾构掘进时大堤沉降规律如下:堤顶地表沉降规律呈现出由中间向两端扩展的“沉降槽”,最大地表沉降位置为盾构正上方,堤顶最大沉降为16.7 mm;堤顶最大沉降随掘进距离呈现“S”型变化,最大沉降发生在盾构下穿堤顶时;当左右盾构掘进面在不同间距(50、100、150 m)下,随间距增加,变形速率逐渐减小,且在盾构下穿大堤时,大堤土体最大主应力变化较小,大堤土体处于稳定状态。同时,小净距段盾构施工时左右线盾构间的影响在可控范围之内。最后提出大堤注浆预加固、施工中的实时监测以及盾构掘进控制措施,为类似工程提供参考。