地铁隧道监理中盾构掘进参数与地层适应性分析研究

本次研究以盾构掘进为对象,对掘进参数优化及地层适应性问题展开系统论述。结合理论分析和实际工程经验,给出了优化掘进参数的基本原理、方法选择和实施程序。同时针对不同地层特性制定相应的地层适应性优化策略并对实施结果进行检验。基于此,综合优化方案的设计与实施明显提高掘进效率和施工成本。研究表明,掘进参数优化和地层适应性优化对促进盾构掘进效率提高至关重要。今后的研究可以对智能化掘进参数调整技术和更加精细的地层适应性优化策略进行进一步探讨,从而促进盾构掘进技术不断地创新性发展。

全地层自适应绳索取心钻具割心机构优化

我国资源勘探逐渐向深层勘探发展,由于我国地域辽阔,遇到的地层具有相当的复杂性和多样性,给深部资源勘查工作带来较大困难。绳索取心因其“四高、三低、两好”的优点成为目前深部资源勘查工作常用的取心方法之一,但依然存在复杂地层岩心采取率低、内管打捞失败等缺点。为了提高绳索取心钻具在复杂地层的岩心采取率,对S75型钻具的割心机构进行了结构性优化,针对基础设计采用ABAQUS进行动态模拟仿真。结果表明,改进后的钻具尺寸合理,结构紧凑,可以实现采用一套钻具完成复杂地层的取心工作,具有全地层自适应能力,不需在钻遇松散软、硬脆碎地层时更换钻具,有效提高内管打捞成功率。

土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究

为了探讨盾构机工作参数与土体的相互关系,针对土压平衡盾构的特点在模拟试验台上进行了掘进试验。分析了盾构总推力、刀盘扭矩和土仓土压力的变化关系及其影响因素,同时还研究了刀盘开口率对刀盘扭矩的影响规律。试验结果表明:在土压平衡的情况下,刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系,并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加。

砂土地层盾构法施工的地层适应性模型试验研究

随着地下空间开发需求的持续高涨,盾构工法已越来越成为一种主要的施工方法。但是由于各地区土层特性的差异,反映在盾构机工作参数的变化上也不尽相同,所以,很有必要开展盾构机工作参数针对特定地层的适应性研究。为此,以上海地区的粉砂地层为参照原型,将相似理论和模型试验的方法成功地应用于盾构模型试验方案的设计;在此基础上,进行了不同地层条件下,盾构机不同工作参数组合的掘削试验,并通过对试验结果的分析,得出了一些有益的结论,从而能更好地为盾构适应土层性质服务。

大粒径卵砾石地层盾构刀盘选型及适应性评价

大粒径卵砾石地层是北京地铁修建过程中开挖难度最大的地层之一,给土压平衡盾构施工造成了一系列的难题。刀盘是土压平衡盾构的重要构件之一,合理的刀盘结构型式是大粒径卵砾石地层土压平衡盾构高效、可靠运行的前提。为了找出适用于大粒径卵砾石地层的刀盘结构型式,以北京地铁九号线盾构工程为背景,开展大粒径卵砾石地层土压平衡盾构开挖原型试验,基于＂北京地铁盾构施工实时管理系统＂和＂北京地铁建设安全风险技术管理体系＂收集盾构关键施工参数,以现场掘进试验数据有基础,对盾构掘进效能、盾构关键参数地层适应性及刀具磨损情况进行了对比研究。研究结果表明：1）大粒径砂卵石地层辐条式刀盘适应性更好,掘进效率更高,对刀具的磨损控制更为有利;2）辐条式刀盘可适当增大开口率至55%~65%;3）大粒径卵砾石地层,辐条式刀盘比面板式土压力控制更加稳定;提高盾构掘进速度的同时,应注意盾构土压力的控制,合理的盾构推进速度应为20~60mm/min。

有机延缓交联深部调剖剂对地层适应性的研究

本文报导的有机延缓交联体系为大港油田主要使用的深部调剖剂，它较无机交联体系有较高的抗盐和抗钙（８００ｍｇ／Ｌ）和镁（＜１５００ｍｇ／Ｌ）性能。本工作研究了下列因素对体系形成冻胶时间和冻胶强度（粘度）的影响：ＨＰＡＭ、甲醛、第二交联剂的浓度，钙、镁离子浓度，盐浓度，ｐＨ值，剪切作用，冻胶失水收缩和再吸水；冻胶的放置稳定性良好。

PDC钻头布齿参数与地层适应性的试验研究

根据地层性质合理选择或设计PDC钻头可以显著提高钻井效率。为指导PDC钻头合理选型及个性化设计,选取21只试验钻头,在6种不同可钻性级别的岩石上进行钻进试验,研究了在钻进不同可钻性级别的岩石中切削齿尺寸、后倾角、布齿密度的合理取值问题。结果表明:(1)当岩石可钻性级别小于Ⅲ时,破岩效率随切削齿尺寸的增大而增大;(2)当岩石可钻性级别大于Ⅲ时,16 mm切削齿的破岩效率最高;(3)切削齿尺寸对破岩效率产生不同影响规律的岩石可钻性级值分界点为3.11;(4)在6种不同可钻性级别的岩石中,随切削齿后倾角增大,破岩效率均呈线性规律降低,但随着岩石可钻性级别的增大,后倾角对破岩效率的影响程度降低;(5)在不同可钻性级别的岩石中,随着布齿密度增大,破岩效率均呈幂函数规律降低。该研究成果为按岩石可钻性级别合理选择PDC钻头提供了依据。

煤层气勘探中采用欠平衡钻井的地层适应性分析

从地层敏感性、地层流体产出情况、地层孔隙压力及井壁坍塌当量密度计算等方面探讨了欠平衡钻井地层适应性,并对沈北煤层气田的开发使用欠平衡技术钻进进行了可行性分析。

无机颗粒堵剂对砂岩地层适应性研究

利用砾石充填防砂采用的充填体渗透率与砾石粒径中值、地层产出砂粒径中值之比D50／d50之间的关系，研究一定粒径（d50）颗粒堵剂悬浮液流经不同粒径（D）石英砂充填地层模型时的流动行为，即D50／d50≤6时不能．50进入充填砂层，6〈D50／d50〈12时在入口端面形成滤饼（可用于近井地带调剖），12〈D50／d50〈18时可进入充填砂层（可用于地层深部调剖），D50／d50≥18时可自由通过充填砂层。对于d50=56μm的无机颗粒堵剂QF，计算了出现以上4种情况的D50值范围。列表给出了粒度10～30、16～30、20～40、40～60目的4种石英砂的粒径范围、粒径中值及其充填砂层的水测渗透率。据此得出QF可进入的地层临界渗透率为12．55μm^2，在渗透率12．55～191μm^2地层中可起调剖作用，在胜利油区可用于封堵砂岩油藏中长期注水形成的大孔道。图1表5参11。

龙岗构造欠平衡钻井地层适应性测井分析

欠平衡钻井(UBD)钻进方式的特殊性对所钻地层有严格的要求,正常压实、井壁稳定的地层是进行UBD钻井的基本条件之一。在准确预测地层孔隙压力的前提下,首先对欠平衡状态的井壁受力情况进行分析,建立地层坍塌压力计算模型,然后利用测井资料提取模型所需的参数,并根据地层压力剖面,判断实际地层是否适合采用欠平衡钻井。将该方法应用到龙岗地区多口井的钻井设计与施工中,为该区顺利实施欠平衡钻井提供了可靠的工程地质依据。

顶管地层适应性分析与勘察

按掘进方式及土水平衡方式对顶管进行了分类,把顶管工程中可能遇到的地层归结为6大类,在此基础上分析了各类顶管的地层适应性,给出了顶管工程岩土勘察的总体目的和注意事项,最后基于反演理论对柔性管道计算分析中地层变形参数的取值提出了一点建议。

水平定向钻进地层适应性的评价方法

水平定向钻进的地层适应性对施工技术方案、钻具选择、参数选取和施工效益都有着重要影响。应采用钻进地层的岩土硬度、完整性和研磨性三方面指标，对比钻进技术工艺和技术器具特点，对钻进效率、钻孔的成孔和孔壁稳定性、以及钻具寿命等进行定性及定量的评价，从而有利于大大提高水平定向钻进铺管施工的技术和经济效益。

基于测井资料的欠平衡钻井地层适应性分析

欠平衡钻井是保护储层和提高钻速的重要技术之一。在欠平衡钻井过程中,由于工艺措施与常规钻井不同,容易导致卡钻、井涌等复杂钻井事故的发生,影响钻井安全。在钻井设计时对工区地层是否适用欠平衡钻井需作出准确的评估。文章首先分析四川盆地川中地区高石梯构造的构造背景、地质分层及岩性特征,总结分析影响欠平衡钻井安全的地质及工程因素,利用测井资料准确预测地层孔隙压力与坍塌压力等参数,判断实际地层是否适合采用欠平衡钻井,并将该方法应用于四川盆地川中地区高石梯构造多口井钻井设计中,为该地区实施欠平衡钻井提供了可靠的地质依据。

复杂地层盾构掘进速率和刀盘扭矩预测模型及其地层适应性研究

以复杂地层地质分段为基础,统计不同地质分段的盾构掘进参数,开展针对盾构掘进速率与刀盘扭矩的多元回归分析,得到适用于复杂地层的掘进参数回归模型,并分析回归模型系数与全断面等效岩体基本质量指标间的相关性。研究表明:全断面等效岩体基本质量指标考虑了复杂地层中不同区段掌子面内各地层面积占比差异,可作为地质分段标准;掘进速率与刀盘扭矩的回归预测值与实测值间相对误差较小,回归模型对均质地层及复合地层均有较好的拟合精度;围岩等级提高时,掘进速率、刀盘扭矩回归模型系数具有明显的分段变化特征。其量化结论可用于定量预测不同地层盾构掘进参数,以提高盾构施工效率。

川西地区复合钻井技术地层适应性试验研究

为提高机械钻速,节约钻井成本,加快川西深层须家河组气藏勘探开发进程,进行了复合钻井技术地层适应性研究。通过分析实钻历史资料,发现蓬莱镇组地层钻速随着钻压、转速的增加,增幅较大;遂宁组、沙溪庙组地层钻速增幅相对较平缓,考虑地层岩性、地层压力梯度等因素,认为蓬莱镇组和遂宁组地层均适合在高钻速下钻进。现场试验表明,在蓬莱镇组、遂宁组地层Φ311.15 mm、Φ215.9 mm井眼段平均机械钻速比未使用复合钻井提高近2倍;沙溪庙组、千佛崖组、须家河组地层由于地层压力梯度大于1.5 MPa/100 m,不适合复合钻井;白田坝组地层含砾石会加速PDC钻头磨损而不适合复合钻井;复合钻井应用于防斜打快技术中,在控制井斜的同时可比钟摆钻具组合提高钻压50%以上。探索出了适合川西地区安全快速钻进的复合钻井技术。

青岛地铁盾构刀盘与地层适应性研究

对青岛地铁4号线某区间右线盾构施工段进行盾构针对性设计,采用CE6250型复合式土压平衡盾构机,分析该型号盾构机刀盘与该区间地层的适应性,并结合该区间盾构掘进参数,通过盾构总推力、刀盘扭矩、贯入度、掘进速度以及场切深指数FPI、扭矩切深指数TPI对盾构刀盘与地层适应性进行评价。总结的经验可为类似工程提供参考。

土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究

刀盘开口率是土压平衡盾构选型时要确定的重要指标。分析了刀盘开口率对出土率的影响,提出了定量分析刀盘开口率对地层适应性的计算方法,该方法能很好地解释土压平衡盾构在砂性土中模拟掘进时出土率异常的现象。根据该计算理论,盾构推进时某种开口率的刀盘所能达到的最大出土率是一定的。因此,盾构的刀盘开口率不能小于能够保证盾构正常推进达到100%出土率时的开口率,否则将会产生出土困难,造成总推力和刀盘扭矩急剧上升;刀盘开口率也不宜过大,否则,盾构推进时,容易产生开挖面地层损失。应用本文的计算理论,对上海典型土层中土压平衡盾构刀盘选型提出了建议值。

青岛地铁某区间盾构刀盘地层适应性研究

为满足青岛地区硬岩及复合地层盾构掘进安全、快速的要求,盾构刀盘设计应符合工程地质要求。文中基于青岛地铁4号线某区间右线盾构施工段进行盾构针对性设计,结合盾构掘进参数分析盾构刀盘与区间地层的适应性,得出了盾构刀盘在硬岩及复合地层掘进参数的差异。分析表明,区间所选用盾构刀盘与该区间复合地层具有更好的适应性。

沿海复合地层泥水盾构施工适应性分析

以沿海广深港客运专线狮子洋隧道为工程依托,分析软土地层、软硬不均地层、全断面硬岩地层、断层破碎带4种典型地层条件下,大直径盾构隧道掘进中遇到的问题。结果表明:软土地层适合采用泥水平衡盾构掘进,掘进速度较快;在软硬不均地层中掘进时须对边刀间距进行优化并适当调整刮刀与滚刀的高差;全断面硬岩地层中掘进速度较慢,刀具磨损严重;在断层破碎带施工时须加强刀盘驱动系统和推进系统的最大承受荷载,根据地层变化不断优化掘进参数,维持掌子面的泥水压力,保证复杂地质条件及恶劣工况下盾构的掘进。研究结果对类似工程特别是沿海地区盾构隧道施工有借鉴意义。

盾构同步注浆类型选择及地层适应性研究

浆液类型的选择直接影响着地层沉降的控制效果以及盾构机能否顺利掘进。针对不同的地质条件,分析了可硬性浆液、传统惰性浆液、双液浆以及一种新型浆液的原材料配比及浆液特性,重点分析了双液浆在北京砂卵石地层,可硬性浆液在广州风化岩层以及新型浆液在苏州、上海、南京等城市软土地层的应用实例,并认为盾构同步注浆浆液类型对地层的适应性研究及实例分析可为浆液类型选择提供借鉴。