基于水平旋喷桩处置优化的地铁隧道施工变形控制分析

为研究富水砂层隧道中水平旋喷桩+超前小导管组合预加固的效果,以青岛地铁某区间段隧道为依托,采用有限元数值模拟方法,对比分析了无预加固、单独使用水平旋喷桩及旋喷桩配合超前小导管组合预加固三种工况的加固效果。结果表明,与无预加固方案相比,单独使用水平旋喷桩预加固可使地表沉降、拱顶沉降、掌子面纵向位移分别相应减少约61%、59%、38%;而水平旋喷桩与超前小导管组合预加固方案可使地表沉降、拱顶沉降、掌子面纵向位移分别相应减少约66%、77.6%、38.9%,典型开挖断面处与拱脚处地下水渗流量分别减少93.4%、96.7%,预加固效果与止水效果显著。

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。

下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工技术研究及应用

下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工技术包括技术原理、实施思路和具体施工步骤,其由密布群桩富水砂层水平引孔、富水砂层水平引孔砂土流失控制、常规水平MJS注浆加固3个环节组成。技术采用引孔机钻杆+外套管进行水平引孔,实现立柱桩和高强度管桩的穿越,以及富水砂层中的长距离成孔,引孔过程中通过双液注浆对注浆线路进行一次加固,同时利用洞口安装的法兰盘+止回阀来进行砂土流失控制,减少引孔对地下构筑物和周边环境的影响,引孔完成后,进行常规MJS注浆加固,达到预加固目标,并形成具体的下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工步骤指导施工,大幅减少对地下构筑物和周边环境的影响,减少泥浆浪费,提高施工效率,经济社会效益较好,具有较好的推广应用价值。

富水砂层深基坑施工诱发邻近建筑物变形研究

依托南通市环西文化广场站项目,在围护结构施工阶段、基坑降水阶段、基坑开挖阶段采取一系列措施,减少深基坑施工对周边重要建(构)筑物的影响,项目影响电视塔的工程全部施工完成后,电视塔倾斜和沉降均在规范允许范围内。

富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究

【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型,然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置,开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验,探究浆液扩散规律,最后结合试验结果验证理论合理性。【结果和结论】结果表明:当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时,注浆压力对扩散半径影响较小,浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素:此时若浆液水灰比较大,则渗滤效应不显著,注浆扩散半径较大且不容易发生串浆,但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低;此时若浆液水灰比较小,则渗滤效应显著,浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵,土层交界面会成为浆液优势扩散面,出现串浆现象。当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时,低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散,但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体。浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢,注浆扩散半径理论计算值比试验值大6.10%~10.97%,起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为–0.48%~18.62%。研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导。

富水砂层基坑止水缺陷高宽比对漏水漏砂的影响

在富水砂层地质条件下,基坑支护常因止水缺陷导致水土大量流失,进而引发地表沉降。目前有关止水缺陷导致基坑漏水漏砂灾害方面的研究还有待深入。本文以江西省南昌市临近赣江某地铁基坑砂土为研究对象,考虑基坑止水缺陷高宽比因素,通过可视化室内实验装置研究基坑缺陷漏水漏砂灾害的演化过程,并利用PFC3D软件进行模拟对比分析,探究几何形态和微观变化过程。结果表明:止水缺陷高宽比越大,漏水漏砂发展速度越快,颗粒流失速率越大,砂土颗粒受侵蚀范围越大;缺陷高宽比由1:1增加至2:1时,颗粒损失个数由2673扩大至40127,土拱形成时间从60万步发展至无法形成土拱,存在出现土拱时的临界缺陷高宽值。数值模拟过程中的配位数波动表明,漏水漏砂过程中细颗粒与粗颗粒骨架之间一直产生着剧烈碰撞,水土的流失导致孔隙率与渗透系数的增加,进而加剧漏水漏砂现象。

富水砂层盾构下穿高速铁路控制技术研究

以西安轨道交通地铁10号线东风路站—学府路站区间下穿大西、郑西客专高速铁路土压平衡盾构施工为背景,基于盾构试验段数据研究土压平衡盾构在富水砂层中下穿掘进参数及控制措施。根据现场盾构下穿既有高速铁路路段的隧道埋深与地质条件,通过200m盾构试验段,确定盾构下穿施工具体掘进施工参数。其中控制掘进速度为35~40mm/min、出土量54~60m^(3)、二次注浆压力0.4~0.5MPa、下穿注浆量7.8~8.5m^(3)/环和土仓压力1.0~1.2bar,下穿过程中同步注浆、二次注浆要及时跟进。

富水砂层大直径深竖井开挖稳定性有限元分析

某输水隧洞盾构接收竖井具有开挖直径大、深度深、砂层水位高的特点,对开挖过程中竖井结构受力和变形提出更高的要求。笔者以该竖井工程为研究对象,采用有限元分析方法模拟了竖井的施工过程,研究了竖井地下连续墙及地层在开挖过程中的位移、应力规律。分析结果表明:竖井开挖完成后,地表最大隆起为39.50 mm,出现在井口附近;地层最大隆起为41.60 mm,出现在井底地层。地下连续墙最大水平位移为2.79 mm,出现在竖井顶部,地下连续墙顶部水平位移计算值与实测值吻合较好。地下连续墙最大拉应力为1.13 MPa,未超过混凝土标准抗拉强度,表明盾构接收竖井开挖稳定性良好。笔者分析方法及结果可供类似工程参考。

富水砂层长距离顶管减阻泥浆性能研究

结合富水砂层顶管摩阻力特性以及高分子聚合物的作用机理,通过实验得到了如下优选泥浆配方:8%安信AX一级钠基膨润土+0.3%纯碱+0.25%聚丙烯酸钠+91.45%水。实验结果表明,该配比的泥浆在具有高黏度的同时,还具有很好的流动性和分散性,并且滤失量较小,综合性能最优。泥浆的表观黏度相比优化前提高了65%,滤失量相比现场取样泥浆降低了57%,满足现场砂土地层顶管的减阻泥浆性能要求。

富水砂层盾构钢套筒接收施工技术研究

为研究富水砂层盾构钢套筒接收施工技术,结合西沙路站—国基路站区间实际情况,立足施工的重难点,分析钢套筒接收施工技术在富水砂层盾构施工中的应用。实践证明,钢套筒接收作为盾构施工的重难点,在具体施工中需结合工程项目所在区域的地质水文条件,钢套筒辅以注浆止水和弧形钢板封堵,实现以小空间换取大空间的盾构钢套筒接收施工。该施工技术能够有效克服盾构在接收过程中受接收端头加固质量影响的限制,有效解决水平冷冻法与传统盾构接收的工艺冲突,施工过程更易控制,能够保证钢套筒接收顺利完成,有效提升盾构施工效率和质量,可为类似工程施工提供相应的参考。

富水粉细砂层盾构同步注浆复合浆液配比试验

为提高富水粉细砂地层盾构同步注浆的效率和质量,精准控制管片上浮位移,进行配比试验以期得到对富水地层具有良好适应性的浆液。基于常规惰性浆液通过单因素试验,确定出高分子材料羟乙基纤维素(HEC)和聚羧酸(PC)两种外加剂的掺量范围,然后采用正交试验,对水胶比、水玻璃、羟乙基纤维素和聚羧酸4因素3水平的试验结果进行极差分析,得到流动性好、凝胶时间可控、结石率高的复合浆液配合比。结果表明,针对富水粉细砂地层的复合浆液最佳配比为:水胶比0.8(A2),水玻璃掺量30%(B2),PC掺量0.1%(C1),HEC掺量0.2%(D2),这一配比在保证流动性(稠度10~12 cm)、凝胶时间(90~150 s)、结石率(97.53%)和抗压强度(2.63 MPa)的同时,优化了浆液的抗水分散性和经济性。采用推荐浆液配比进行同步注浆,管片的上浮位移可以控制在20 mm以内,满足规范要求。

盾构法施工在富水砂层条件下穿越既有地铁隧道变形研究

以郑州地铁某线路下穿既有线路工程为依托,采用midas GTS有限元软件数值计算、现场监测、隧道壁后雷达探测相结合的方法研究盾构法施工在富水厚砂层条件下穿越既有地铁隧道变形的特征,并提出有效控制措施。结果表明:数值模拟和现场监测结果基本吻合;适当提高掘进过程土舱压力和掘进速度对控制竖向变形有积极作用,研究结果可为类似地铁盾构隧道安全施工提供参考。

富水粉细砂隧道失稳破坏特征分析及增稳固结技术研究

桃树坪隧道穿越富水粉细砂地层,施工过程中极易出现大变形、涌水涌砂和坍塌等一系列破坏特征。通过对隧道失稳破坏的分析,总结了隧道在富水粉细砂条件下失稳破坏的特征,分析了破坏特征发生的机制,认为隧道的破坏主要由围岩岩性和地下水造成;由隧道破坏机理提出了增稳固结措施,通过超前降水、超前小导管注高分子化学浆对掌子面前方砂层进行预先固结,提高钢架整体刚度,通过对扰动砂层进行灌浆和回填等措施进行固结,围岩的自承能力得到提高。从处理后围岩的情况、涌水量和监测情况分析发现,增稳固结技术能从根本上提高围岩的自承能力,抑制发生失稳破坏,为隧道在富水粉细砂地层中的施工提供借鉴。

珠三角地区富水砂层深基坑施工涌水涌砂安全风险控制

针对珠三角地区水文地质条件复杂且有富水砂层的各类深基坑施工易发涌水涌砂现象,结合现场处置过程中遇到的实际问题,进行风险分析,总结提出涌水涌砂预防管理要点和处置措施。应加强全过程施工质量管控,防止突涌水发生;另一方面应做好充足的预防、准备、响应等应急管理工作,确保突涌发生后可成功地进行现场处置。

富水砂层基坑开挖对紧邻地铁结构影响分析

地铁车站周边存在富水砂层深基坑大规模开挖时,将改变地铁车站周边原有渗流和应力平衡,引起地铁结构变形。以某地铁车站周边存在停车场基坑开挖为背景,通过Midas GTS NX有限元分析软件,分析共建阶段的原放坡开挖支护方案和为满足运营期变形控制要求的灌注桩加混凝土内支撑新支护方案对地铁结构变形影响。结果表明,采用新支护方案时,基坑开挖引起地铁结构变形减小,水平位移为原方案的63.5%,竖向位移为原方案的68.0%;新方案水平变形控制能力提高明显;富水砂层地层,采用悬挂止水帷幕,B出入口竖向沉降为车站主体结构的2倍,由降水导致的固结沉降明显,止水效果成为B出入口竖向沉降控制关键点。

富水砂层地下连续墙施工控制技术

南通轨道交通1号线04标段,富水砂层深基坑主要临近南通大饭店、华辰大厦、圆融广场、金石国际酒店等重要建(构)筑物,工程地质为高敏感性软土地质,地下水埋藏浅、土体自稳能力差,对易发生地连墙卡笼、涌水涌砂、坑底隆起等问题进行了研究,采取了地下连续墙槽壁加固、地连墙接头注浆、井点降水、土体加固等施工技术措施;通过采取一系列措施,地连墙施工质量得到有效控制、避免了基坑涌水涌砂发生、基坑变形在允许范围内,施工质量达到了设计要求、基坑安全得到了保障。

空间位置对叠落盾构隧道施工影响效应分析

面对隧道叠落区间复杂施工形式及富水砂层条件,亟需探究地层位移与衬砌自身变形的响应规律,以降低潜在施工风险。依托实际工程,针对后施工上线盾构隧道与既有下线隧道相互作用问题,采用有限元数值模拟方法,结合现场监测数据与地层条件,考虑隧道连线倾角与隧道间距等空间位置的影响因素,分析盾构过程中地层沉降和衬砌应力应变的变化规律以及相互作用机制,并提出相应施工保护措施。结果发现:叠落隧道位置关系对地层与衬砌的影响显著,随着隧道中心连线倾角增大,地表沉降峰值位置发生偏移,倾角约45°时沉降达到最小,同时下线隧道拱底和拱腰变形最大;随着完全叠落两隧道间距的减小,相互作用影响增大。

桥梁巨型承台围堰设计及施工关键技术研究

马鞍山公铁长江大桥是一座三塔钢桁梁斜拉桥,该桥共有三座主塔。其中Z5#墩承台紧邻长江主航道,深埋于江心洲深厚且富水的砂层内,承台体积达25717 m3,支护结构的优化设计面临巨大难题。结合桥址情况,计划采用钢板桩围堰作为承台施工支护结构。经综合考虑承台结构尺寸、埋置深度、地质条件、水文条件及施工设备等因素后,采用无封底干作业取土的PC工法桩围堰方案。采用增量法计算原理,对围堰干作业取土的施工过程进行分析,经验算,围堰结构强度和刚度均满足规范要求。施工采用深井降水措施保证围堰内的无水环境,确保无封底方案的顺利实施。施工中,对围堰各主要部位的结构受力和变形情况实施动态实时监测,通过监测数据与理论值进行对比和分析,得出结论:逐层干作业开挖的无封底围堰采用增量法计算所得结果能够更好地反应工程实际,较传统全量法有明显优势。

深厚富水砂卵石地层注浆封闭止水及加固技术

针对深厚富水砂卵石地层的防渗,列举了常用止水方式高压旋喷帷幕灌浆及混凝土防渗墙的众多不足,采用一种新型、高效的基坑注浆全封闭止水及加固技术,将注浆技术与建筑物地基加固和基坑的支护、防渗、止水融为一体,加固坡面和基底,解决了基坑支护、止水、降水问题,同时增强了卵石层地基的地基承载力、强度和渗透稳定性,有利于工程建成后水工建筑物的安全运行,取得了良好的工程应用效果。

富水砂层地铁隧道风险控制技术

以北京地铁7号线东延工程黑庄户站-万盛南街西口站区间隧道工程为例,实施前对承压水地层明挖法施工、盾构隧道穿越京哈高速及南大沟桥桥桩、矿山法区间穿越污水管及联络通道冻结法等风险工程进行了专项设计。实施阶段,施工单位结合现场实际问题分别采取了富水砂层明挖基坑地下水处理、暗挖拱顶WSS地面注浆加固防坍塌、盾构进出洞增设止水槽及冻结法等施工风险控制措施,有效解决了工程难题。实践表明,风险专项设计及施工风险控制措施对富水砂层地铁施工及环境风险安全保障发挥了重要作用,取得了良好的效果。