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。

基于EDEM的砂卵石地层盾构刀具磨损特征研究

为揭示砂卵石地层土压平衡盾构典型刀具的磨损特征,指导该地层中盾构刀具的设计、布置等关键问题。采用室内三轴试验及数值离散元软件(EDEM)仿真分析,标定了颗粒-刀具磨损接触参数。依托北京新机场“磁各庄-1号风井”砂卵石盾构工程,构建了砂卵石地层EDEM数值盾构模型,可视化了砂卵石地层土压平衡盾构中典型刀具(楔犁刀、刮刀)的磨损特征,通过实际工程对模型进行了验证。研究表明:(1)以犁松原状砂卵石土为目的的楔犁刀具是掘进主切削刀具,表现为刀头合金表面以及刃角处连续的摩擦磨损形式,磨损量较大;(2)以剥落输排为目的刮刀主要表现为刀身迎土面以及刀头合金表面随机的点蚀磨损,磨损量较小;(3)刀盘径向刀具的磨损量随轨迹半径及刀体高度的增加而增大,同轨迹上高刀的磨损系数高于低刀,高刀对低刀的磨损有保护作用;刀盘径向刀具和环向刀具的“梯次化”布置可延长盾构单次连续掘进距离。

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。

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。

地铁暗挖竖井深孔注浆止水施工技术研究

针对承压水粉细砂地层竖井施工发生流水涌砂及坍塌的难题,采用深孔注浆止水帷幕代替人工降水。通过对注浆帷幕的设计以及增加预防竖井侧壁滑塌的棚盖措施,有效阻隔了竖井开挖过程中的地下水,满足暗挖施工无水作业的条件。

渗流条件下滨海地层人工冻结多场耦合理论模型

采用Navier-Stokes方程考虑流体动量守恒对渗流过程的影响,建立了考虑渗流对滨海砂土地层人工冻结过程影响的水-盐-热-力学理论模型。理论模型的计算结果与试验吻合良好,验证了所提模型的准确性。通过参数分析,探讨了渗流速度对冰、盐空间分布的影响。研究发现,渗流削弱了冻结效果,随着渗流速度从0 m/d增加到10 m/d,冻结管左右两侧的土体位移降低了23.1%;冻结管左右两侧的结冰范围缩减了37.8%;冻结管左右两侧的盐分的析出范围缩减了42.7%;砂层上游的吸附盐突变位置向下游移动了52%,下游的吸附盐突变位置向下游移动了32%。

粉细砂地层双线盾构施工实测地表沉降规律分析与预测

依托南通地铁二号线某区间盾构隧道施工,针对盾构穿越典型粉细砂地层条件,对双线盾构隧道施工引起的地表沉降开展现场测试和规律分析,对经典Peck公式在南通地区粉细砂地层中双线盾构施工的适用性进行探讨,并研究先行线和后行线土体损失率和地表沉降槽宽度系数的取值及影响因素。研究结果表明,在粉细砂地层中,后行线隧道施工对地层的二次扰动效应会引起先行线轴线上方地表沉降的显著增加,且二次扰动效应明显强于其他软土地层,但弱于砂土地层;相较于淤泥质土地层,在粉细砂地层中盾构停机对地表沉降的影响更为显著;先行线和后行线施工引起土体损失率比值η_(1)/η_(2)在1~5倍范围内,平均值为2.3,先行线和后行线地表沉降槽宽度系数比值K_(1)/K_(2)在1~2倍范围内,平均值为1.4;砂土、粉细砂和粉土地层中土体损失率比值η_(1)/η_(2)均大于1,η_(1)/η_(2)和K_(1)/K_(2)与隧道覆土深度比(H/D)相关性较弱。

超细水泥-水玻璃双液浆性能及注浆止水效果试验研究

北京地铁14号线高家园站的站厅层和站台层采用暗挖通道连接,地层为富水粉细砂层。为解决暗挖通道采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果差且地表隆起较大的问题,提出采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水的方案。首先对浆液流动性、凝结时间和固结体强度进行测试,根据测试结果确定了超细水泥-水玻璃双液浆的配合比:A液为超细水泥净浆,水灰比为1.0;B液为水玻璃溶液,波美度为20°Bé;缓凝剂为磷酸氢二钠,掺量为2.5%。A液约占总注浆量的80%,B液与缓凝剂各占约10%。采用颗粒流数值模拟方法,研究了超细水泥浆液中颗粒在地层中的运移距离与注浆压力的关系。结合浆液性能测试和数值模拟结果,提出了注浆压力0.5 MPa,注浆孔直径5 cm,间距50 cm,梅花形布置的注浆方案。经在暗挖通道现场注浆试验,采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果良好。

广州市岩溶上覆砂土层塌陷特征及其内在机制

本文以广州实际工程地质资料和工况为基础,建立了钻探等工程洞穿岩溶顶板后溶洞上覆砂土层塌陷的有限元数值模型。采用欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)模拟岩溶上覆砂土层塌陷过程,借鉴正交实验法进行了多组数值模拟,研究了不同覆盖土层厚度、溶洞空腔大小和砂土内摩擦角对岩溶上覆砂土层塌陷发展模式的影响,阐释了砂土覆盖层坍塌的机理。研究表明,随砂土覆盖层厚度增大,砂土层的地表最大位移和塌陷速率均呈减小趋势,中心塌陷区域明显较小。随溶洞空腔尺寸的增大,塌陷范围和地表最大位移增大。钻探等工程洞穿岩溶顶板后,靠近岩溶空腔的竖向范围土体先失稳破坏,其影响范围主要受砂土覆盖层厚度影响,且塌陷速率主要受失稳的土体范围影响。在塌陷中心土体失稳后,周围土体才受到剪切应力的影响破坏而向溶洞空腔中心产生位移,周围土体向溶洞空腔运移量主要受溶洞空腔尺寸影响,且此部分砂土呈现出近似塌陷休止角的塌陷形态。

坚硬地层旋挖施工小直径砂桩近距离隔振应用

坚硬地层旋挖钻机成孔施工振动较为强烈,易对周围地下结构造成不利的影响,尤其是当旋挖成孔距离受保护地下结构较近时,隔振需求愈发强烈。利用济南地铁燕山立交桥东站基坑支护工程,通过现场试验、数值模拟与工程监测等方法,研究了旋挖施工小直径砂桩近距离隔振效果。结果表明:旋挖振动产生的竖向加速度高于水平方向,而竖向加速度衰减速率更大;采用小直径砂桩隔振后不同深度加速度削弱幅度为38%~65%;旋挖施工引起的邻近地下管沟侧壁影响明显,且竖向振动速度为横向的4.6~5.1倍,采用小直径砂桩隔振可使地下结构振动速度减小40%以上。由此可见,小直径砂桩隔振有效降低了旋挖成孔振动对近距离地下管沟的影响。

无水砂卵石地层隧道内长距离大管棚施工技术

无水砂卵石地层中开挖易引起塌方,可采用大管棚支护。然而该地层中管棚打设困难,长距离打设还存在精度低、地层扰动大、变形大的问题,且缺乏经验。基于此,以北京地铁工人体育场站暗挖工程为背景,通过多组大管棚打设试验,比选得出打设长40.2 m的大管棚时可采用冲击旋转跟管钻进、高压风排渣的方法;据此调整确定了超长92.9 m大管棚打设所需设备和参数,并在现场成功实现了单根长度12.7~92.9 m、总长度58331 m的大管棚的打设,且打设精度高、质量好、地表变形小。最终提出隧道内无水砂卵石地层中超长大管棚打设施工工艺和重点控制措施,研究成果可为类似工程提供指导,弥补大管棚技术在无水砂卵石地层应用中的不足,具有重要工程意义。

大断面干燥粉细砂地层浅埋地段变形控制及施工技术研究

文章详细阐述了双线高铁大断面隧道在干燥粉细砂地层中采用超前水平旋喷桩超前支护、三台阶临时仰拱+竖撑、直径89 mm大锁脚钢管、径向注浆及初支内侧增加套拱等施工技术的施工方案,攻克了双线高铁大断面隧道干燥粉细砂层这一地层难题,形成了一套适用于该地层的施工技术,旨在为安全、快速、标准化建设该地质类型隧道提供有力的技术支撑,进一步提升铁路隧道工程建造水平,为社会创造更好的社会效益和经济效益。

斯里兰卡排水隧道大直径顶管地面沉降计算和实测分析

以斯里兰卡新姆图瓦和托林顿排水隧道项目为依托,结合现场顶管施工的地面位移监测数据,研究预测密实砂层中大直径顶管地面沉降的经验计算公式,采用数值模拟方法对顶管隧道施工全过程进行研究,分析土体参数、覆土厚度及顶管管径等设计参数对地面沉降的影响规律。研究结果表明:可采用修正Peck经验公式预测密实砂土地质中顶管施工引起的地面沉降量,沉降槽宽度修正系数α的取值范围为1.27~1.70,土体损失率修正系数β取值范围为0.65%~1.26%;砂层摩擦角及顶管管径对地面沉降影响显著,不属于浅覆土顶管时,覆土厚度对地面沉降影响较小,影响变化趋势基本呈线性。

煤矿斜井井筒过流砂层施工技术研究及应用

流砂层是矿井建设常遇见的不良地层,在含水或动力扰动下具有自流动性,施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。采用工程地质钻探与地面直流电法勘探技术,确定了流砂层的厚度与含水特征;根据斜井井筒穿越流砂层的垂深,将斜井井筒过流砂层技术方案进行分类研究,提出了斜井井筒过不同厚度流砂层的合理掘进技术;基于理论分析与数值计算,确定了斜井井筒支护结构承受的荷载,提出了斜井井筒过流砂层合理的井壁结构;为评价支护效果,对斜井井筒围岩变形、型钢支架受力、二衬接触应力、衬砌钢筋受力及渗水压力等进行了实时监测,监测结果表明:斜井井筒过流砂层的施工技术方案分类合理,保证了斜井井筒的掘进进度与施工安全;井壁结构安全可靠,保证了斜井井筒围岩与支护结构的稳定。

川西北天井山构造泥盆系油砂成矿条件与资源评价

通过对四川盆地油砂资源的全面调查与评价,首次在川西北地区天井山构造下泥盆统平驿铺组的石英砂岩中发现了油砂矿体。根据石油地质及成矿理论对该矿点的成矿条件进行了分析,认为该油砂矿形成过程中可能的烃源岩为早寒武世和早志留世的黑色泥页岩;当进入印支期,烃源岩开始大规模生成液态烃,液态烃通过该期运动形成的逆断层运移至下泥盆统平驿铺组圈闭富集成藏;进入喜山运动,早先形成的油藏抬升暴露、剥蚀而最终形成了目前的油砂矿体。天井山构造泥盆系埋深500 m以上的油砂资源量为5356.4×104t。

砂土地层地铁盾构隧道施工对地层沉降影响的模型试验研究

为研究地铁盾构隧道施工扰动下不同埋深处砂土地层损失差异及沉降模式,以干砂为填料,通过逐步释放土体模拟地层损失,对砂土地层盾构隧道施工时由土体损失产生的地表沉降和土体内部地层沉降进行模型试验研究。结果表明:在砂土地层盾构隧道施工过程中,地层损失从地表向下以幂函数形式增长,最大沉降和沉降槽宽度系数与地层损失呈很强的正相关性;随着地层埋深的增加,沉降模式由高斯曲线形式过渡为烟囱状形式,沉降槽宽度系数在增加到一定数值后保持相对稳定状态,而最大沉降持续增长,对地层损失的增加起主要作用。基于统计分析原理,针对砂土地层的高斯沉降模式,建立了不同埋深处砂土地层损失与地表损失间的关系,提出不同埋深处砂土地层损失的计算公式,并结合试验数据修正了不同埋深处砂土地层的最大沉降以及沉降槽宽度系数的计算公式,最终得到不同埋深处地层沉降的计算公式。

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。

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。

砂土地层污水干管顶管施工处治数值分析

为研究在砂土地层中顶管施工注浆处治的加固效果,以西安某污水干管顶管施工注浆处治为对象,通过现场调查、GPR探测,确定管顶上方存在的空洞和松散范围,利用弹塑性有限元模型,对注浆处治前后管道周围土体的位移及应力变化规律以及不同注浆压力下的注浆效果进行研究。结果表明:(1)与无注浆加固工况相比,注浆处治能明显改善土体的竖向位移、横向位移和应力不均现象,并且经过注浆加固处理后,管道周围的塑性应变区明显变小;(2)通过比较0.25、0.3 MPa注浆压力下位移和应力变化规律发现,0.25MPa的注浆压力足以达到实际需要的处治效果;(3)注浆作用下,距管道外径3D(D为管道外径)范围内土体的横向变形较明显,距管道外围2D范围内土体竖向应力变化较明显,土体横向应力变化明显的区域为横向约为4D,竖向约为2D。

利用岩心或露头的交错层组厚度预测辫状河河道带宽度——以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例

预测辫状河河道带宽度可加强对稀井控制下的地下辫状河河道带砂体沉积规模的了解。根据岩心或露头上 砂岩交错层层组的厚度,利用辫状河河流的满岸水流深度、平均沙丘高度、平均砂岩交错层层组厚度和河道带宽度 之间的统计关系来预测河道带宽度。应用该方法计算了苏里格气田的盒8、山1段辫状河河道带宽度,利用其结果 合理地建立了苏里格气田的沉积模式。该模式与实钻符合程度较高,表明该方法的可靠性,也说明在气田开发早 期井距较大的情况下,应用该方法可认识辫状河砂体的规模和气藏规模。