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。

地铁盾构下穿建筑群施工地面建筑沉降控制方案及富水砂-黏地层沉降预测方法

以广州地铁某区间隧道下穿城市密集建筑群工程为例,利用MIDAS GTS NX软件模拟施工过程,研究盾构穿越富水砾砂、粉质黏土和全风化-微风化花岗岩等复合地层时,地层与地面建筑物的沉降规律,并对比分析线间注浆加固和筏板结构加固方案的有效性。研究结果表明:相较于筏板结构加固方案,线间注浆加固方案可显著控制建筑物与桩基持力层的变形失稳及裂隙水渗流损失。所提经验公式法适用于线间注浆加固工况下的地层沉降变形预测。

盾构隧道平行转叠线施工地表沉降特征及控制技术

叠线隧道施工过程中,由于上下线的相互影响,对地层的扰动相比于普通隧道更加剧烈。结合郑州地铁3号线二太区间超小净距叠线盾构隧道工程,基于现场大量实测数据,对2条盾构隧道由平行转到叠线施工所引起的地表沉降进行了分析,得出了全过程的地表沉降特征:平行段左右线开挖对地表的最大沉降影响较小,叠加效应主要体现在地表沉降的横向范围;进入过渡段之后,由于地层、埋深变化和下线隧道开挖时的扰动,上线隧道开挖时引起的地表沉降逐渐增大;隧道开挖进入叠线段时,由于2条隧道间距逐渐减小,下线隧道开挖之后对上线隧道开挖的影响逐渐增大,又因为上线地层变为砂层,导致地表沉降达到26.63 mm,后采用二次补浆措施才得以控制。最后提出地表沉降控制措施。

富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工方案优化研究

以武汉市某区间地铁隧道工程实例为背景,介绍富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工的难点和风险。利用PLAXIS 2D/3D建立数值模型验证优化方案的可行性。研究结果表明,采用台阶法开挖引起的地表沉降较CRD法小,地表沉降槽的影响范围为隧道中心线左、右两侧的3~4倍隧道断面尺寸;采用全断面注浆搭配管棚支护相较于长短管注浆搭配超前小导管对地表沉降、衬砌结构的变形控制效果优良,前者降低了下穿地下车行通道施工段结构的最大沉降值约46.88%。

富水细砂地层盾构斜向超近距下穿双洞双线暗挖站施工技术

为研究富水细砂地层某盾构区间斜向超近距下穿施工对既有地铁站变形的影响,文章以临近既有地铁站暗挖段的新建地铁盾构区间工程为背景,对地铁盾构区间工程施工进行设计,并用MIDAS计算分析程序对富水细砂地层盾构斜向超近距下穿既有地铁站施工过程进行数值计算分析。总结了盾构斜向超近距下穿施工过程中既有地铁站位移变化特征;研究了既有地铁站明暗挖交界处变形缝差异沉降规律;分析了既有地铁站轨道沉降变化趋势;整理施工监测数据结果并与模拟计算趋势比对,变化规律基本一致,侧面印证了仿真计算的准确性。

富水砂层盾构下穿老旧村庄沉降控制研究

依托西安地铁16号线1期某区间盾构工程,针对其在富水砂层地区,盾构下穿老旧村庄施工条件复杂的情况,通过有限元模拟、现场自动化监测、停机抽水注浆等一系列主动控制措施,形成一整套盾构下穿老旧村庄的沉降控制方法,解决盾构在富水砂层地区掘进易发生喷涌及地表沉降过大的难题。研究结果表明:在富水砂层双线盾构施工时,盾构产生的最大沉降位于盾构中心轴线上,且后行线施工对先行线隧道周边土层的二次扰动不容忽视,二次扰动产生的沉降约是先行先贯通后沉降的50%;提出的注浆管均匀设置多个主、副通孔工艺可对不同距离和深度处进行注浆处理,使注浆范围更全面。

富水砂性地层地铁深基坑监测及变形分析

以富水砂性地层顺作法地铁车站基坑为工程背景,结合施工现场监测数据,对围护结构侧向位移变形、周边地表沉降、地下水水位变化及周边建筑物沉降进行分析,总结富水砂性地层的变形性状和对周边环境的影响。监测数据和分析结果表明:富水砂性地层条件下,地下连续墙最大侧向位移δhm的变化范围为0.045%H~0.5%H,均值约为0.22%H,发生位置在(H-4,H+10)之间;基坑开挖引起的地表沉降影响范围在35m以内,约2倍基坑开挖深度;墙后地表最大沉降发生在距离基坑5~10m左右;富水砂性地层有着地下水位高,渗透性强的特点,施工中采用疏干降水与承压降水相结合的措施可以有效控制地下水位变化;施工建设过程中对周边建筑物进行实时监测来反馈指导施工,可以保证施工对周边建筑物的影响在可控范围内。

富水砂层盾构内置式密封始发技术研究与应用

针对富水砂层盾构区间始发条件复杂,通过对现有盾构始发技术进行风险分析和对策总结,首次提出端头不加固盾构直接始发方案。运用资料查阅、工程类比、现场试验等手段进行技术创新,开发出叠合围护结构和内置式密封盾构始发技术,简化了盾构始发工序,解决了富水砂层盾构始发端头管线改移滞后、加固周期长、成本大和始发风险大的难题,实现了盾构及时、安全、快速始发。

新型注浆材料加固基坑粉细砂力学性质及影响因素分析

城市地下工程施工中,富水基坑边坡粉细砂地层稳定性较差,易出现涌水、涌砂等地质灾害。为研究富水基坑边坡粉细砂地层加固防渗技术,室内利用聚氨酯(PU)和粉煤灰材料制备了新型PU/粉煤灰注浆材料,并对新型注浆材料注浆加固的粉细砂结石体展开了力学试验和细观特征观察。试验结果表明:(1)养护龄期越长,结石体的抗压强度则越大。当粉煤灰掺量为10%、养护龄期为12 h时,结石体的抗压强度最大,达到6.89 MPa;(2)浸水后注浆结石体的抗压强度明显变低,试件的抗压强度与浸水时间之间成负指数关系。当浸水时间为9 d时,粉煤灰掺量为10%的注浆结石体抗压强度最大,此时其抗压强度为3.55 MPa;(3)含水率越高,则注浆结石体的内部结构越松散;而当水解时间达到9 d后,注浆结石体内部产生了大量的裂隙,结石体内部结构破坏严重,因此结石体的力学性质变差。

富水粉细砂地层土压盾构安全接收技术

太原地铁2-1号线联络线盾构隧道穿越富水粉细砂地层,由于地层稳定性差、地下水位浅及隧道上方地层中存在电力排管,因而接收施工风险突出。为保证盾构能够顺利安全接收,通过对端头井地层加固、在封门处安装翻板+橡胶帘布的组合密封装置、安装固定接收钢托架、根据降水井中水位确定端头井中的灌水液面高度、调整盾构机出洞掘进参数,实现了盾构机水下安全接收。盾构接收过程中地表沉降监测结果证明了水下接收方案的有效性,为今后类似工程提供借鉴经验。

富水粉细砂地层隧道内层间水处置技术研究

针对当前富水粉细砂地层地铁隧道施工过程中,由于掌子面层间残留水常引起地面沉降变形大、施工坍塌及文明施工差的难题,通过采用物理场耦合软件建立模型系统研究并验证了洞内施打管井进行层间水疏散处理的可行性,洞内降水井同时开启后,两侧降水渗流场迅速形成起到疏水效果,中间降水井由于受邻近降水及结构物影响导致降水初期效果较差,随着降水时间增加逐渐形成。洞内降水能够快速降水,该方法施工成本低,见效快,具有较大的应用推广价值。

富水砂层条件下地铁站复合防水体系创新研究

为解决地下水系统复杂情况下地铁车站PBA法施工接缝多、防水甩槎多、渗漏水风险大的施工难题,以富水砂层条件下长春地铁某暗挖车站为案例,分析PBA法施工防水难点,采用新型高分子自粘胶膜防水卷材和喷涂速凝橡胶沥青防水材料组成“皮肤模式”复合防水体系,对该复合防水体系操作关键步骤、关键节点防水、常见问题处理进行研究,实践证明该新材料新工艺能够显著提高防水效果,可为类似工程提供借鉴。

富水厚砂层引孔旋喷施工技术研究

本文以萝岗新城外环路(11#路-开创大道)道路及市政工程(第一标段)施工总承包项目高压旋喷桩在富水厚砂层中的施工难题作为研究对象,针对传统高压旋喷桩施工工艺在富水厚砂层中易出现塌孔埋钻、钻杆无法自然下钻、喷嘴堵塞、成桩质量较差等问题,提出了富水厚密实砂层高压旋喷桩引孔成桩施工技术。通过对自行设计调整配比的PVC花管进行现场引孔试验对比,经过工程实践检验,对传统引孔高压旋喷工艺进行优化改进,最后形成引孔旋喷施工新技术。该技术在富水厚砂层旋喷桩施工中取得良好成桩效果,具有广泛的推广意义。

富水砂层盾构隧道侧穿建筑物水平定向钻孔注浆技术

城市轨道交通盾构隧道下穿或侧穿建筑物时,为避免地层沉降差异超限导致周边建筑物破坏,需对盾构隧道顶线上方软土层进行注浆加固,但在市区施工协调难度大,传统地层加固手段难以实施。文章以广州地铁14号线邓村-江浦区间盾构隧道侧穿姓钟围房屋群注浆加固项目为背景,采用水平定向钻孔注浆技术对姓钟围部分建筑物下伏软土砂层进行远距离加固。通过采用随钻测斜与定向技术顺利完成沿盾构隧道走向的水平注浆孔钻进,通过注浆阀管并结合止浆塞可实现定位重复注浆。实践证明该新工艺对盾构隧道侧穿建筑物时地表不均匀沉降控制具有良好的效果。

富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场研究

研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律,可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景,通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法,研究了冻结状态下砂土的热物理及力学特性,分析了斜井冻结法凿井期间冻结壁受力机制,深入分析斜井冻融过程中冻结压力变化规律及原因,对测温孔与冻结壁径向温度实测与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,随着温度降低,冻结砂土导热系数呈现出先增大后减小的趋势,且冻结温度对冻结砂土的内摩擦角影响较大;冻结温度、井筒埋深和地下水对冻结压力的影响较大;混凝土水化热对冻结壁的影响范围约为460~475 mm。研究结果可为富水砂层地区斜井冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。

有效介质电阻率模型在含泥含钙砂岩储层中的应用

含泥含钙储层泥质和钙质成份对电阻率贡献具有复杂性,其饱和度的定量评价更加困难。通过考察储层品质指数与孔隙度的关系,确定双对数关系曲线下的斜率值,为混合泥质砂岩饱和度模型的选取提供了依据。钙质颗粒作为砂岩储层电阻率的重要影响因素,其成份的增加不仅会引起孔隙度的降低,而且引起孔隙通道曲折度的增大,从而导致地层电阻率值升高。在上述理论分析基础上,提出含泥含钙砂岩储层体积模型,并以有效介质理论为基础,建立了混合泥质含钙砂岩储层有效介质饱和度模型。该模型基于层状泥质与分散泥质砂岩并联导电以及分散泥质砂岩的有效介质SATORI电阻率模型,其中将分散泥质砂岩分成导电的砂岩骨架颗粒、不导电的油气、分散粘土颗粒、钙质颗粒、微毛管孔隙水以及可动水等6种成份,充分考虑了钙质成份的导电特性、微孔隙水的影响作用以及粘土的附加导电性等因素。经岩电实验数据拟合与实际资料处理结果表明,模型具有较强的适应性和计算精度。

富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策

富水砂层巷道掘进,由于砂层胶结力差、强度低,开挖后迎头易发生大跨度变形、失稳破坏。针对2煤回风巷掘进至F26断层时发生联锁性突水动力灾害,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了注浆封堵加固、定向疏放水工艺。结果表明:施工钻场对突水区域进行注浆封堵加固,能有效固化该区域岩(煤)体,改善岩(煤)体结构及其力学性能,提高整体稳定性,1号、2号封堵体堵水效果较好;同时为防止泥沙充填裂隙通道,造成二次突水,在带式输送机巷布设钻场(5个定向钻孔、孔径Φ113mm、孔深45m),对漏顶区域及上部含水层进行可控疏放,水位变化曲线观测得出钻孔水位与巷道出水量稳定、突水点处泄水通道畅通,疏放水效果较好。

富水砂层中地铁隧道施工降水现场试验研究

在富水砂层地区修建地铁,降水是施工的关键。文章在总结分析青岛地区含大量粘粒的砂层这一特殊地层的物理力学性质基础上,以河西站—河东站区间典型断面为背景,布设试验断面,对降水效果及对周边环境影响进行了研究。研究结果表明,通过管井降水可基本将水位降至边墙至仰拱位置,但在土岩组合面,降水困难;水位降低3.57~4.73 m,失水引起的沉降约为-5.58^-10.72 mm;地表最终累计沉降为-24.93^-75.72 mm,降水引起沉降约占总沉降的14.15%~24.65%;降水引起建筑物沉降约-5.1^-2.1 mm,建筑物累计沉降为-18.37^-7.25 mm,降水引起建筑物沉降约占总沉降的17.40%~29.05%,降水对周边环境影响不大;相比非降水施工,利用管井降水后采用小导管加固,在秋冬少雨季节,施工效率明显提高,但在多雨季节,施工容易造成地层大范围下沉,需提高地层加固强度。同时,采用FLAC^(3D)数值模拟软件对降水效果进行计算,计算结果与现场试验基本相符。

富水砂层冻结斜井内外壁受力特性实测

为了解决富水砂层斜井冻结法凿井的技术难题,以陕北某冻结斜井为研究对象,采用现场实测的方法,对冻结压力、冻结斜井内外壁钢筋受力、混凝土应变进行了研究,分析了冻结斜井内外壁受力特性。结果表明:在冻结法凿井过程中,外壁受力可分为3个变化阶段,缓慢增长阶段、快速增长阶段以及平稳阶段;内壁纵向钢筋主要承受拉应力,最大拉应力为13.8 MPa,远小于其屈服强度300 MPa,内壁处于安全状态;内壁环向钢筋先受拉后受压,其所受最大压应力为35.06 MPa,也小于其屈服强度,进一步说明内壁处于安全状态;内壁混凝土应变可分为受拉阶段、快速受压阶段和稳定受压阶段3个变化阶段。研究成果为指导工程实践提供了一定依据。

南通富水砂层盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为有效控制盾构隧道近距侧穿既有桥梁桩基施工,给桩基造成一定安全风险,本文依托南通地铁1号线区间盾构工程,建立三维有限元模型,基于流固耦合理论分析盾构施工对桩基水平位移、内力、地表沉降的影响,并验证计算的准确性。结果表明:盾构开挖面距离桩基2D范围内,盾构施工对桩基产生的影响占总水平位移的85%;桩基产生的最大水平位移为16.13 mm;盾构施工引起桩基剪力和弯矩的变化量明显。在富水砂层类似工程施工中应加强监测,同时采取优化盾构掘进参数和地层加固等措施,减小盾构施工对桩基影响。