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。

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。

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。

基于透明土的盾构隧道突水涌砂灾变发展试验研究

针对饱和砂土地层盾构隧道施工中的突水涌砂灾害问题,以上海市轨道交通某盾构区间为研究背景,将自主研制的灾变可视化试验模型与透明土技术相结合,对砂土地层隧道顶部结构破损灾变过程的土体流动形态、土颗粒位移速度场进行试验研究。结果表明:1)盾构隧道突水涌砂灾害发生后,隧道裂隙孔口上方部分区域的土颗粒密实度减小,砂土发生剪切破坏。2)在灾变前期,土颗粒竖向位移场呈椭圆状等值线分布,颗粒位移速度随与隧道中心水平距离的增加而非线性地衰减,当隧道埋深为2D(D为隧道直径)时,水平向影响范围为3D。3)随着灾变的发展,土颗粒位移速度先增大后减小,涌入隧道内的砂水混合物中土颗粒的体积分数占比持续减少,最大程度地还原了隧道突水涌砂后期的灾变现象。

砂卵石地层冻结施工冻胀效应及其对既有隧道的影响分析

人工地层冻结法的实施会引起地层的冻胀,为了探究富水砂卵石地层冻胀特性及其对既有结构的扰动,首先阐述了土体冻胀的本质和温度与结构应力应变之间的关系,并依托洛阳轨道交通1号线塔湾站-史家湾站区间联络通道工程建立三维热力耦合数值模型,对砂卵石地层冻结期间的地层冻胀变化和既有隧道变形受力进行了数值计算分析。结果表明:冻结管降温使得冻结管周围地层中的水分冻结,土体体积膨胀,进而使联络通道设计位置上方地表出现隆起,且距联络通道中心的水平距离越近,隆起变形值就越大。地层的冻胀对既有双线隧道造成扰动,隧道结构变形主要表现为拱顶隆起、拱底下沉、靠近联络通道一侧的拱腰向隧道内侧产生横向变形,同时联络通道设计开口位置附近的管片结构出现应力集中现象。在整个冻结过程中,冻结前期设计加固区域地层的降温速率和低温扩散速率较快,地层冻胀效应变化显著,而到冻结后期受冻结范围影响地层冻胀变形和既有隧道变形的增幅均有所减小。

风积沙地层仁布隧道进洞支护方案研究

风积沙地层隧道稳定性差,极易产生坍塌等灾害。为探索隧道洞口段穿越风积沙地层时有效的施工加固措施,保证安全快速施工,依托雅安至叶城国家高速公路拉萨至日喀则机场段仁布隧道洞口穿越厚层风积沙工程,结合风积沙地层特点对比分析常见的加固措施,总结一套风积沙地层条件下采用大管棚辅助、微型桩锁脚、旋喷桩加固地基及三台阶七步开挖法开挖施工隧道的进洞支护技术方案,成功实现隧道进洞。基于工程背景建立有限元模型,分析三台阶七步开挖结合管棚支护及地基处理措施对地表沉降、隧道收敛及拱顶沉降的控制效果,符合工程安全标准。

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%。

砂层隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响

通过设计小尺寸模型试验,探究在不同埋深、不同施工方法下砂层中新建隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响。结果表明:隧道开挖面发生失稳时,在开挖面前方地层中产生的松动区先呈半个心形,然后沿竖向和横向扩展,逐渐呈上宽下窄的喇叭形,此时地表产生沉降;不同埋深、不同施工方法下开挖面前方土压力均先迅速减小,然后小幅上下波动,最后趋于稳定;隧道埋深和施工方法对地表最大沉降影响很大,地表沉降随隧道埋深增加而减少,采用中隔壁法施工时地表沉降仅为全断面法的17.7%;隧道开挖面失稳会导致既有框架结构产生纵向弯矩,随隧道埋深增加,结构中更多位置出现纵向弯矩;既有结构内力随失稳程度增加而增大,靠隧道侧既有框架结构受影响更大。

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。

砂土基坑开挖下临近地铁隧道变形与保护措施研究

针对不同施工参数工况下,分别开展了基坑临近地铁隧道采用隔离桩及注浆加固措施的控制效果研究。主要结论如下:隔离桩桩顶埋深对地铁隧道的保护效果有较大影响,设计不当将会“牵引”隧道产生变形;随着注浆区域增加至一定宽度,注浆加固的保护效果将稳定在一定范围,而不会持续增加,一味加宽注浆区域并不能取得合适效果,适当控制注浆区域宽度也能够保证较好的控制效果。研究结论对砂土地区类似工程施工具有指导意义。

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。

纵向坡度对粉砂地层盾构隧道施工管片上浮的影响

V形超大直径盾构隧道在越江隧道中较为常见,有必要针对隧道施工过程中纵向坡度对管片上浮的影响展开研究。依托佛山市季华路西延线工程,建立粉砂地层考虑浆液时变特性的盾构隧道掘进数值分析模型,研究隧道纵向坡度对管片上浮的影响,通过改变推进系统荷载分布施加偏转力矩,分析不同坡度及覆土厚度下偏转力矩与管片上浮的关系。结果表明:1)管片上浮量随掘进环数增加而增加,后面变形趋于平缓。2)在浅覆土条件下,隧道下坡段掘进时管片上浮量最大,水平段次之,上坡段最小;在较深覆土条件下,坡度对管片上浮的影响不大。3)在不同坡度下,正偏转力矩均对管片上浮起抑制作用,且在较深覆土条件下抑制效果较好。

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。

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。

含空洞砂卵石地层盾构隧道引起地面沉降研究

砂卵石地层普遍存在地下空洞,在该区域进行盾构隧道施工容易扰动砂卵石地层,若含有空洞则可能会引发空洞塌陷破坏,造成较大的地面沉降。基于离散元软件Yade,建立含空洞砂卵石地层单线盾构隧道施工模型,研究单空洞位置、单空洞直径、多空洞的组合形式对地面沉降的影响,得到空洞对盾构隧道施工引起的地面沉降的影响规律。研究结果表明,含空洞地层中,当空洞位于隧道正上方引起的地面沉降最大,而空洞位于隧道正侧方引起的地面沉降最小;无论空洞处于哪种位置,空洞直径越大,引起的地面沉降越大;空洞位于隧道正上方或者正侧方时,地面沉降值与空洞直径呈现近似二次函数关系,空洞在隧道斜上方时,在某些区间内地面沉降值与空洞直径呈现线性关系;空洞数量越多,引起的地面沉降越大。两空洞工况下,空洞分别位于隧道正上方与斜上方时引起的地面沉降最大。三空洞工况下,空洞分别位于正上方、正侧方、正侧方时引起的地面沉降最大。

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。

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。

成都砂卵石地层双线隧道Peck公式参数取值研究

基于成都地铁开挖引起地表沉降的大量实测数据,结合成都市砂卵石地层性质,在正常盾构工况下,运用Peck公式对各典型断面实测数据进行位移反分析,得出沉降槽宽度系数i和地层损失率η。深入分析公式中沉降槽宽度i,地层损失率η与隧道埋深及地层物理力学性质相关性,并得出适应于该地层下的Peck公式参数与隧道埋深及地层性质的关系公式和Peck公式参数取值范围。运用沉降叠加原理,建立正常工况下,砂卵石地层双线平行盾构开挖地表沉降预测公式,并与成都其它砂卵石区域盾构开挖地表沉降实测数据进行比较,通过实例验证其适用性。研究结果可为今后成都市及其它地区相似地层下地铁建设提供参考和依据。