砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

TRD工法在赣江尾闾围堰防渗工程中的应用

赣江下游尾闾综合整治工程4支枢纽采用TRD工法对防渗墙进行施工,并针对重难点区段调整了施工工艺,该做法克服了地质条件复杂、砂卵砾石地层厚度大、防渗墙深度大等不利因素的影响,施工效率高且安全环保,取得了良好的防渗效果。

大管棚配合水平旋喷桩支护在细砂-卵砾石土互层隧道中的应用

依托在建国道317线岗托隧道工程,结合细砂-卵砾石土互层围岩的特点,对双层小导管支护、大管棚支护、水平旋喷支护、大管棚配合水平旋喷支护4种支护方案进行了分析,比选出大管棚配合水平旋喷支护为较优方案,并对其支护效果进行了现场测试。结果表明:施工中拱顶处卵砾石土层断裂,细砂下漏导致隧道发生漏砂、坍塌、冒顶等事故,施工中应加强对地表处理、掌子面反压回填等4个关键工序的控制。经现场测试,大管棚配合水平旋喷形成的壳支护能够承受上方土体和交通荷载,并能有效阻止漏砂。

砂-砾复合地层盾构隧道开挖面稳定模型试验与极限支护压力研究

砂–砾复合地层盾构掘进时支护力过小极易导致开挖面前方土体发生主动破坏,造成地表沉降。定义砂–砾复合地层􀟪(盾构开挖面内粉细砂高度与盾构机刀盘直径的比值),并通过试验分析了􀟪对极限支护力、地表沉降和开挖面失稳扰动范围的影响;基于模型试验和筒仓理论,建立了适用于砂–砾复合地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,将􀟪引入模型中并推导出其计算公式。研究结果表明:①随着开挖面支护力的减小,开挖面发生主动破坏时侧向土压力–支护力曲线表现出不敏感阶段、快速下降阶段、缓慢下降阶段、稳定阶段4个阶段的规律;②破坏时􀟪越大,越不利于地表沉降控制;③与传统模型相比较,通过试验得知破坏面近似为折线,更贴合砂–砾复合地层的变形破坏模式;④极限支护力随着􀟪的增大呈近似线性的函数关系增长,覆土深度较大时,应充分重视σ对极限支护力带来的影响;⑤埋地层中,覆土深度对极限支护力的影响更加明显,需引起重视。研究结果对确定砂–砾复合地层开挖面的极限支护力有重要的指导意义。

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%。

粉质黏土替代膨润土改性泥浆配比试验

为解决土压平衡盾构及车站基坑开挖过程中产生大量废弃粉质黏土的现状,提出一种利用废弃粉质黏土调制泥浆改良盾构渣土的新方案。以沈阳地区粉质黏土为研究对象,通过添加不同的外加剂对粉质黏土泥浆进行改性,研究泥浆土水比、外加剂种类及掺量变化对改性泥浆的漏斗黏度、酸碱度、滤失量和胶体率的影响。通过扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)研究了粉质黏土泥浆的微观改性机理。结果表明:纯粉质黏土泥浆自身稳定性差、泌水量大,无法有效改良渣土;碳酸钠和焦磷酸钠对粉质黏土泥浆的改性效果较好,合理掺入量为1%~3%;改性后的粉质黏土泥浆可有效改良砾砂地层渣土的塑流性,合理粉质黏土泥浆土水比为9∶11、焦磷酸钠掺量为3%,注入比为24%~28%。研究结果验证了粉质黏土泥浆用作盾构渣土改良剂的可行性,为废弃粉质黏土再利用提供了新思路。

砂砾地层中盾构隧道衬砌后背回填注浆施工技术

为提升隧道中注浆的强度与耐久性,需要调整注浆的配比与工艺。因此,本文针对砂砾地层中盾构隧道衬砌后背回填注浆施工技术展开研究。初步确定注浆的两种主要材料为水泥与水玻璃,按照水灰比差异制备三种试件。在此基础上,分别尝试前进式分段注浆与后退式分段注浆两种注浆工艺,并调整外加剂的浓度与水玻璃用量,确定最终的注浆配比。试验结果显示,后退式分段注浆工艺能够更充分地回填衬砌后背中存在的缝隙和空洞;在注浆水灰比为1.0∶1.0时,选用氧化铝作为外加剂能够减缓注浆的凝胶时间,进而为注浆工作调整争取更多时间;在水泥—水玻璃比例为1.0∶0.7时,砂砾层在掘进过程中受到的扰动最小,不易出现塌陷且具有较为良好的耐久性能。

砂砾地层泥浆渗透成膜过程仿真研究

由于砂砾石地层的高渗透性,致使泥浆渗透成膜困难,泥膜难以在地层中形成有效支护力,易引发工程事故。采用流体-离散元数值耦合(CFD-DEM)方法模拟不同泥浆特性条件下的泥浆渗透过程,分析泥浆特性对泥膜形成的影响规律。研究发现,不同的地层-泥浆颗粒粒径比、泥浆比重及黏度均能对泥膜的结构产生影响。然后通过搭建自制泥浆渗透试验装置,研究不同颗粒粒径比下的泥浆渗透效果,验证当前数值方法的可行性。研究结果表明,当地层-泥浆颗粒粒径比在3~7.5范围内时,可形成“泥皮+渗透带”型泥膜,此类泥膜更有利于维持开挖面的稳定,且随着泥浆比重和黏度增加,泥浆渗透深度减小,泥皮增厚。

大直径泥水盾构砾砂地层泥浆配制及成膜试验研究

文章以南京长江隧道泥水盾构在砾砂地层中掘进为工程背景,针对高渗透性地层中泥浆配制及成膜问题,开展了室内试验,并对现场泥浆配制进行了调研。结果表明:泥浆中粘粒含量越高,调制泥浆时所消耗的增粘剂越少,泥浆的物理稳定性越好,泥膜形成过程中泥浆的滤失量越少,形成的泥膜渗透系数越小;粘粒含量可以作为泥水盾构在砂层中施工时泥浆调整的一个重要指标;南京长江隧道泥水盾构穿越砾砂地层时,泥浆的粘粒含量宜调节到20%以上。研究结果对类似的泥水盾构工程施工具有重要的参考意义。

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。

泥水盾构开挖面失稳破坏的颗粒流模拟研究

针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性和地表沉降的问题,采用颗粒流程序PFC2D研究砂卵石地层土体的颗粒流细观参数,从土体颗粒的摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的作用效果进行分析和评价。结果表明:土体的颗粒摩擦系数和接触模量以及泥膜的厚度和黏合强度对开挖面的稳定性有显著影响;土体颗粒的摩擦系数和接触模量越小,开挖面破坏越严重,地层坍塌轮廓越大,地表沉降槽越深;当土体颗粒的摩擦系数增大到2.4、接触模量增大到12×107 N·m^(-1)时,开挖面趋于稳定,地表沉降槽曲线平缓,地表竖向位移较小;泥膜的厚度和黏合强度越小,开挖面挤出变形越显著,越容易引起较大范围的地层变形,从而导致地表塌陷;当泥膜的厚度为20mm且泥膜黏合强度为1 400N·m^(-1)时开挖面稳定。

砂卵石地层管幕施工试验研究

以矿山法新建北京地铁8号线木大区间正线下穿既有10号线盾构区间为工程背景,在总结和比较了各种管幕施工工法特点的基础上,提出了适合砂卵石地层的管幕施工工法。采用现场原位试验的方法研究砂卵石地层中管幕施工的施工工艺和对既有结构变形的影响。

北京地铁十号线土压平衡盾构土体改良技术应用研究

结合北京地铁十号线一期盾构隧道工程,对土压平衡盾构土体改良技术的应用进行了系统的研究、总结,提出了土压平衡盾构施工的主要问题和施工中采取的主要措施和关键技术,分析了新型泥浆土体改良技术、气泡土体改良技术、泡沫和膨胀土泥浆相结合的土体改良技术等的作用机理和特点,指出了土压平衡盾构土体改良的重要性和目前的研究现状。

地震区砂卵石地层地铁车站不同荷载组合下主体结构内力比较

为了提高地震区砂卵石地层地铁车站主体结构的安全性,利用ANSYS数值模拟计算基本荷载组合、标准荷载组合、地震荷载组合以及人防荷载组合情况下的内力值。通过分析得出,不同荷载组合情况下的最大内力值均出现于侧墙与底板相交处;不同荷载组合所产生的最大内力值中人防荷载组合的最大,需要予以重视;地震荷载组合的内力是非对称的,所以车站主体结构的设计需要考虑地震荷载组合。

喷浆桩施工中几个问题的探讨

在南阳市白河第三、第四橡胶坝坝基粗砂砾砂地层中施工喷浆桩 ,遇到了固化剂适应性、跑浆冒浆、桩顶“下沉”、搭接部位局部夹砂、桩检测、桩身土的定名等问题 。

全断面砂砾地层盾构法施工土体改良技术

结合我国地铁隧道施工的重要工法——盾构法,以沈阳地铁1号线小什字街站——滂江街站区间为例,通过对全断面砂砾地层中长距离盾构法施工土体改良技术的分析,为相关工程提供借鉴和参考。

地震作用下砂砾石高边坡稳定性三维分析

大石门水利枢纽工程左岸高边坡砂卵砾石层覆盖厚度为134 m,运行期砂卵砾石遇水软化,饱和强度仅为13~16 MPa。在常年受水体浸泡且遭遇高烈度地震的情况下,保证百米级砂卵砾石层边坡稳定是设计中的难题。针对砂砾石遇水软化边坡失稳定的问题,在保证边坡稳定的前提下,边坡设计采取以开挖为主的"强开挖、弱支护"设计原则,即用缓于砂砾石稳定边坡坡比开挖,确保边坡在地震工况下不会整体失稳。采用有限元动力分析方法,对地震作用下砂卵砾石高边坡的稳定性进行分析。结果表明,地震作用下的位移响应、速度响应、加速度响应程度随着坡高的增加逐渐加大;边坡最危险滑动面发生在坡面靠近第一级马道以下位置,且属于表层滑动;当地震加速度峰值达到0.26 g后,安全系数降低到1.084。

砂卵石地层隧道深孔预注浆试验研究

砂卵石地层是一种结构松散、无胶结、成拱性差、渗透性强、自稳能力低的地层,目前在此类地层浅埋暗挖隧道施工中所采取的施工工艺和方法仍不尽完善,如施工时与之配套的深孔预注浆成孔工艺、注浆材料选择、浆液配比、注浆压力及注浆量参数等均无成熟的经验供施工借鉴和参考。基于北京地铁九号线工程浅埋暗挖试验段的工程背景,进行砂卵石地层条件下的深孔预注浆试验,对比分析五种成孔方法、两种注浆方式——前进式和后退式注浆方式,在钻进成孔效果、钻孔效率、注浆压力、注浆量、浆液配比、注浆加固效果等方面的规律和不同特点,提出适合砂卵石地层条件下的深孔预注浆方法。研究成果为北京地铁九号线工程的后续施工以及类似地层深孔预注浆施工提供了有益的借鉴和参考。

砂卵砾石层倒垂孔施工技术

针对砂卵砾石层倒垂孔施工中钻孔偏斜、孔内坍塌掉块、取心以及保护管的安装等困难问题,从钻机安装、钻具结构、设备能力、钻进技术参数等多方面采取相应的技术措施,取得了良好的施工效果。介绍了红叶电站砂卵砾石层倒垂孔的施工技术。

绿色校园雨水花园优化设计方案

简述了雨水花园的设计背景及应用前景,以实际工程为例,介绍了绿色校园雨水花园设计的总体构思,从选址测试、施工准备、人工填料层、种植土层等方面,阐述了雨水花园的优化设计方案,达到了节约用水、美化环境的目的。