大埋深复杂地层土压平衡盾构机盾尾脱困技术研究

盾构机盾尾包裹是施工中经常遇到的问题,往往会造成设备损坏、工期拖延、成本消耗。研究盾构机盾尾包裹成因,掌握脱困技术,以及制定切实可行的预防措施,在盾构施工中尤为重要。结合某城际轨道交通项目施工中盾尾包裹脱困实践,分析了盾尾包裹产生的原因,通过采取地层加固、增加盾体润滑、盾体和管片保护、增加辅助千斤顶等系列技术措施,实现了盾构机的安全脱困,为类似工程提供经验和参考。

盾构穿越海域吹填砂层临界覆土厚度计算方法

在我国东南沿海的填海造陆区采用盾构法施工隧道时,不可避免地需要穿越海域吹填砂地层。吹填砂具有强度低渗透性高等特点,若此类地层隧道临界覆土厚度取值不合理,很可能引起工程事故或造成资源浪费。本文以厦门地铁3号线双沪站空港经济区站盾构隧道穿越海域吹填砂层工程为背景,在考虑盾构隧道开挖面稳定与盾尾管片抗浮稳定的前提下,提出了一种临界覆土厚度的修正算法。并与传统方法计算的临界覆土厚度对比,再通过数值分析模拟了地层和管片的响应规律。结果表明,当覆土厚度从5.9 m增加到9.4 m时,对地表沉降、孔隙水压力、管片水平位移和弯矩的响应规律基本一致,而隧道拱顶和仰拱处管片竖向位移的响应在覆土厚度为8 m时相反,因此管片竖向位移可作为判断临界覆土厚度取值合理性的主要指标。此方法可为类似地层的盾构施工提供理论指导。

滨海大埋深高水头地铁过海隧道盾构始发技术

盾构始发是重要风险工程,决定着隧道后续施工能否顺利完成。本文依托目前国内穿越海域最长的青岛地铁8号线过海区间隧道,综合考虑场地类型、周边环境、水文地质等因素,系统性的阐述了盾构始发技术难点,针对这些难点,提出了在近海、大埋深、高水压这一特殊极端条件下的盾构始发设计思路和具体设计方案,通过工程的顺利实施对盾构始发技术进行了全面的总结。

双线盾构隧道开挖参数对诱发地表沉降的影响分析

以南昌市轨道交通2号线沈桥站至殷王站盾构区间隧道工程为研究对象,通过ABAQUS有限元软件对注浆层厚度、深径比和2条平行隧道间距离对地表沉降的影响进行了综合探讨。研究发现:注浆层厚度与地表沉降量呈反比关系,最佳注浆层厚度为0.30m;深径比的增加会导致地表横向沉降发生先增加后减少的趋势,与土体的拱效应密切相关;此外,2条平行隧道间距的增大与左右隧道地表沉降量的增加呈正相关,在较小的间距下,隧道相互干扰影响增强,呈现“V”形沉降凹槽,而在较大的间距下,相互干扰影响减弱,呈现“W”形沉降凹槽。

大直径盾构浅覆土下穿铁路桥涵的影响分析及施工控制

为揭示大直径盾构浅覆土下穿施工对铁路桥涵的影响,结合杭州环北地下快速路大直径泥水平衡盾构隧道工程实践,采用数值分析的方法对盾构穿越引起的运营铁路桥涵力学行为进行预测,并结合工程实测分析了盾构施工参数的变化规律、控制方法和桥涵变形的实施效果.数值分析结果表明:未进行桥涵区域的土体加固时,若直接穿越铁路桥涵施工,桥涵的最大沉降可以达到21.6 mm,且在桥涵中隔墙的顶部和底部出现应力集中,最大拉应力可达1.60 MPa;进行土体加固后,穿越铁路桥涵施工时桥涵的最大沉降为9.3 mm,部分区域的最大拉应力为1.46 MPa.工程实践中,常规情况下切口压力较静止土压力大15 kPa,为确保盾构穿越铁路桥涵结构的安全,切口压力调大至25 kPa.考虑上覆水土荷载降低约13%,盾构总推力降低约10%,转矩降低约10%,盾尾注浆量处于150%～200%之间可确保穿越铁路桥涵盾构施工安全.现场实测表明:当盾构机将要穿越桥涵时,桥涵结构产生3～4 mm的预隆起;待盾构穿越后,又产生约4 mm的沉降;盾构机通过3 d后,差异沉降降低并较快趋于稳定,最终稳定在0.01%左右.

不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表隆沉变化影响的室内试验

采用二维隧道模型试验,探究砂土中不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表沉降变化的影响规律.试验表明,对于不同埋深的工况,盾构隧道开挖引起的地表沉降均可以用Peck公式有效预测,埋深C/D对地表沉降槽形状具有显著影响,且沉降最大值与土体损失率基本呈线性关系.正常体积范围补偿注浆时,随着埋深增加,地表最大抬升值不断减小,地表抬升范围逐渐增加.当补偿注浆体积达到某一值后,不同埋深工况地表最大抬升值与土体补偿率基本均呈线性关系.超体积补偿注浆时,超体积补偿注浆引起的地表最大抬升值与土体补偿率继续保持线性关系.随着土体补偿率的提升,不同埋深导致的地表抬升范围差异逐渐减小.

影响盾构隧道地表沉降的多因素分析

软土中盾构施工安全一直是工程界关注的重点问题,其研究涉及水-土-结构相互作用以及由于加固引起的土体属性变化等诸多方面。基于渗流-应力耦合理论,在ABAQUS平台上通过二次开发实现盾构开挖过程中土体渗透特性的演化和注浆材料弹性模量及渗透系数的时变性,研究不同埋深、不同地下水位、不同土体特性对盾构隧道地表沉降的影响。研究结果表明:在软土地区,盾构开挖过程中注浆材料弹性模量和渗透系数的时变性对地表沉降影响较大,而土体渗透系数随应变的演化对地表沉降影响不大;隧道埋深、地下水及土体特性均影响开挖对地表的扰动,且土体弹性模量相对影响最大。

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析--以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC3D(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。

机械化作业条件下考虑覆跨比修正的大断面隧道稳定性评价方法

进行双线高铁隧道全断面或大断面机械化开挖时对围岩稳定性评价的准确性要求较高,而现有行业规范对隧道稳定性评价时未考虑埋深和跨度的影响,因而需要进行考虑覆跨比修正的大断面隧道稳定性评价方法研究。首先,以黄(冈)黄(梅)高速铁路刘元隧道为背景,以隧道开挖后拱顶正上方某点围岩的第三主应力偏转为判据,确定大断面隧道的临界埋深;然后,采用强度折减法,数值求解不同围岩级别和覆跨比(埋深与跨度比)下的隧道安全系数,应用数理统计方法发现不同围岩级别下隧道安全系数与覆跨比及与围岩基本质量指标(BQ)存在的关系;最后,考虑覆跨比、地下水、围岩初始应力及结构产状因素的影响,得到修正的BQ,借此对埋深100 m以下的机械化作业大断面隧道稳定性进行评价,并将评价方法应用于刘元隧道和重庆市城市快速干道慈母山2号隧道工程进行验证。结果表明:不同围岩级别下隧道安全系数与覆跨比满足严格的幂函数关系,而与BQ存在一定的线性关系;将修正后的BQ作为评价隧道稳定性的定量指标,更符合现场实际情况。

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50~200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。

越江隧道大型泥水盾构进出洞冻结加固施工技术

盾构进出洞施工是复兴东路越江隧道工程圆隧道施工的重要环节 ,其技术的成功与否 ,将直接影响圆隧道盾构的正常推进施工。复兴东路越江隧道工程盾构的进出洞段施工难点主要在覆土浅和泥水平衡系统的建立和控制 ,进出口段地层采用冻结加固设计在盾构掘进施工中取得了成功。

邻近建筑物对盾构隧道衬砌内力影响分析

依托南昌地铁1号线侧穿某建筑物,利用ABAQUS有限元软件三维建模,分析盾构隧道与建筑物不同间距及隧道不同埋深情况下,建筑物对隧道衬砌内力的影响。结果表明,隧道与建筑物不同间距及隧道埋深不同情况下,衬砌弯矩均在衬砌环向30°和120°及其径向相对点弯矩增长率最大,而衬砌环向60°和150°及其径向相对点呈现负增长率。随间距增大,衬砌弯矩及轴力增长率均逐渐减小,当水平间距达到3.0D时衬砌弯矩及轴力增长率基本趋于0;随埋深增大,衬砌弯矩及轴力增长率均逐渐减小,当埋深达到3.0D时衬砌轴力增长率小于5%。

既有地铁影响区前大直径盾构试验段监测研究

通过杭州某工程大直径盾构下穿既有地铁影响区前试验段现场实测研究,得出大直径盾构隧道穿越复合地层时周围土体超静孔隙水压力产生和消散的规律,以及相应的分层沉降及地表沉降数值;从而判断在城市繁华地段及复合地层条件下盾构近距离下穿既有地铁的风险及可行性,对类似下穿既有地铁工程具有实际指导意义。

深埋蓄排水盾构隧道衬砌结构力学性能试验及数值分析

深埋蓄排水盾构隧道承受高内水压力及较大的外部水土荷载,与公路、地铁盾构隧道在计算理论、建造技术及运营维护等方面有很大不同。鉴于蓄排水隧道衬砌结构承载模式的变化,文章开展了整环力学行为试验及三维数值分析,研究了内水压作用、错缝拼装及接头螺栓安装方式等对蓄排水盾构隧道力学性能的影响。研究结果表明:通缝拼装的蓄排水盾构隧道从隧道内空水变化至隧道内满水时,隧道的变形大幅增加;内水压0.6 MPa时隧道的竖向和水平收敛变形分别为空水时的2.2倍和3.2倍。与通缝拼装的蓄排水盾构隧道相比,错缝拼装时衬砌环的收敛变形减小15%～25%,最大接头张开量及螺栓拉力减小25%～40%。内水压增大会造成蓄排水盾构隧道接头螺栓屈服,最先出现螺栓屈服现象的接头位于衬砌环最大负弯矩荷载作用位置附近;由于盾构隧道的破坏多源于接头螺栓屈服,该接头位置为蓄排水盾构隧道的薄弱点。对于采用双排螺栓连接的蓄排水盾构隧道,拱顶、拱底90°区域范围内靠近接头外弧面位置的螺栓可以不拼装;但两侧拱腰90°区域内靠近接头内弧面位置的螺栓必须安装,否则会造成最大负弯矩荷载作用位置附近的接头螺栓拉力增大5%～14%。

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明:1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建(构)筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。

浅埋隧道下穿道路工程施工技术综述

在隧道施工过程中,经常会遇到一些近距离下穿埋深较浅的既有道路工程,如何安全、经济地下穿便成为业界所关注的问题。综合国内外在浅埋地层条件下的几种主要施工方法,从适用条件、结构作用机理以及各方法的特点阐述浅埋隧道下穿道路工程的3种施工技术,并结合已建成的工程实例来说明具体的施工方法。

穿黄隧洞大型盾构工作竖井结构特性研究

穿黄隧洞北岸竖井为盾构始发井,位于砂土地层,地下水位高,属超深竖井;南岸竖井位于邙山高边坡坡脚,偏压作用明显。针对这一特殊的地理地质条件,对竖井的结构特性进行了研究,提出地下连续墙与满堂内衬联合受力计算方法,且为满足盾构机出发要求而研发了新型反力座,以及防水、井底高喷加固等技术,为工程成功建成发挥了重要作用,可供同类工程参考、应用。

大直径隧道盾构穿越机场滑行道沉降控制

介绍了虹桥综合交通枢纽仙霞西路隧道大直径泥水盾构在浅覆土条件下穿越机场滑行道的沉降控制技术。采用PLAXIS2D有限元软件计算盾构推进对跑道的变形。为满足机场绕滑道的技术要求，地层损失率应控制在0．2％以内；在施工中采取将切口水压波动幅度控制在0．01—0．02MPa；出土量误差控制在4-0．5％以内；盾构掘进速度控制在10mm／min以内；根据地表沉降情况，在离盾尾8～10环的位置进行二次注浆。

广佛环线东环城际隧道工程关键施工技术研究

在建的广佛环线广州南站至白云机场段是珠三角城际轨道交通网及广佛环线的重要组成部分,具有大埋深(最大覆土厚度超过130m)、高水压(最大水压超过1.2MPa)、围岩条件复杂(盾构隧道大量穿越不同风化程度的花岗岩、泥质砂岩、含砾砂岩、片麻岩、炭质板岩区段,该区段围岩压缩模量低、强度差异大、遇水易软化,自稳能力差、渗透性显著差异)等显著特点。该文分析了广佛环线东环隧道大源站~太和站区间盾构隧道的建设环境、技术标准,以及隧道平面、纵断面等总体设计方案,并对大埋深高水压盾构隧道衬砌类型及防水、大埋深复杂围岩条件衬砌结构形变控制、盾构机选型、端头加固设计等关键技术进行了探讨。

高水压超大直径盾构法公路隧道管片接缝变形研究

依托江阴靖江长江隧道工程,结合整环原型试验和三维精细化数值模拟,研究了水土压对超大直径通缝管片接缝变形的影响规律。结果表明:当封顶块位于拱顶时,管片接缝的最大变形、最大张开量分别位于拱顶外侧与内侧接缝;管片外侧接缝变形随水压增大而增大,而管片内侧接缝闭合速度随水压增大而减小;随着土压的逐渐增大,管片内侧接缝始终先于外侧接缝张开;当土压与水压之比小于0.5时,拱顶和拱底内侧接缝始终处于张开状态;当土压与水压之比大于3时,拱肩和拱脚外侧接缝始终处于张开状态;当两者的比值大于4时,拱腰外侧接缝始终处于张开状态。