富水砂卵石地层盆形冻结止水技术研究

为解决全断面砂卵石地层地下工程的地下水控制问题,提出盆形冻结止水技术。首先,采用三轴力学试验研究冻结砂卵石的压缩力学特性和蠕变力学特性;然后,采用大尺度物理模型试验和数值模拟方法研究盆形冻结的温度场扩展规律,并根据研究结果进一步提出盆形冻结积极冻结期的群孔布置技术和维护冻结期的精细化控制技术。结果表明:1)低围压(小于3 MPa)条件下,三轴抗压强度与围压呈正线性相关,然后围压继续增大时,强度基本不变;基于损伤理论建立冻结砂卵石全过程蠕变模型。2)荷载对冻胀率及融沉系数影响最大,细粒土质量分数次之,原状饱和砂卵石是不冻胀材料,并由此建立饱和砂卵石冻胀率及融沉系数三维预测模型。3)基于大型物理模型试验及数值模拟结果,盆形冻结可以在地下水渗流条件下形成完整的盆形结构,起到有效止水的效果。4)盆底冻结管在冻结过程中表现出与单管冻结迥异的“群孔效应”,根据试验结果提出包含冻结管间距、土体导热系数、渗流速度3因素的积极冻结期冻结管合理间距的确定与布置技术。5)为节约维护冻结期的能源,提出隔排切割冻结管、仅保留盆壁冻结管2种维护形式以对冻结区域进行精细化控制,经过分析,2种方式均可以有效满足盆形结构维护期的冷量供给,保持完整的盆形形态。

渣土改良下盾构掘进富水砾砂地层响应研究

为解决土压平衡盾构在富水砾砂地层中掘进土舱保压难度较大的问题,需对盾构渣土进行改良,减小其渗透性,提升土舱保压效果。依托昆明地铁4号线小—火区间盾构隧道工程,采用数值模拟手段,结合现场监测数据,对渣土改良下盾构掘进富水砾砂地层响应特征进行研究。研究结果表明:1)随着改良渣土渗透性的降低,开挖面孔压逐渐增大,当土舱渣土渗透系数降至5×10^(-5)cm/s后,开挖面孔压接近原始孔压,表明改良渣土具有良好的止水性能;随着地下水位的升高,开挖面孔压逐渐增大,表明高水位对渣土止水效果的要求更高。2)小—火区间渣土渗透性较低,开挖面近似止水条件,盾构掘进过程中,开挖面附近会产生一定的超孔压,超孔压影响范围主要位于盾构前方1.5倍洞径,开挖面中心位移远小于失稳时的开挖面中心位移,开挖面稳定性较高。3)由于盾构渣土渗透性较低,盾构掘进会在周围形成较大的超孔压,同时渗透系数较小的渣土可以有效阻止开挖面前方地下水的自由渗流,提高开挖面的稳定性,减小地表沉降。4)随着地下水位的升高,地表沉降和地层超孔压有增大的趋势,维持开挖面所需支护应力迅速增加,水位高度对开挖面支护应力的影响十分明显。

水库库区渗漏的三维数值模拟及处理措施影响分析

某拟建的大型水库左岸分布深厚的第四系砂卵砾石层,几乎全部覆盖。本文采用三维有限元法对该库区进行渗流状态模拟分析,了解库区的渗流、渗漏状况,对影响渗漏的因素做敏感性分析。结果表明,形成稳定渗流场后,水库的年渗漏量约为2 000万-3 000万m3,坝下游河谷左岸表面有超过允许水力坡降的区域存在,宜采取反滤处理措施;砂卵砾石层渗透系数、左坝肩帷幕灌浆长度与水库渗漏量分别呈正、反比例关系,封闭式帷幕的渗透系数对水库渗漏影响显著;在库区做尽可能长的帷幕灌浆,对于减少水库渗漏、降低下游溢出水力坡降均有益,其最优长度需结合经济指标、工期等因素综合衡量。

砂卵石地层地铁隧道上方基坑开挖卸载影响与对策分析

在富水砂卵石地层条件下,地铁盾构隧道上方基坑大范围开挖卸载会对下卧盾构隧道产生不利影响。为确保地铁运营安全,对下卧盾构隧道隆起与变形趋势进行研究,从减小基坑开挖卸载的影响程度与增大隧道纵向刚度2方面着手,通过在盾构隧道内设置预应力锚索、轨道道床内设置暗梁结构并与管片叠合处理以及临时槽钢纵向固定等措施的综合应用,减小纵向不均匀变形趋势,同时采用管幕法超前支护形成压顶梁,并对上方基坑开挖采用"竖向分层、纵向分段、先支后挖"的基本原则,将盾构隧道的变形控制在毫米级范围,满足了地铁正常运营要求。

土压平衡盾构楔犁刀松动砂卵石地层力学行为研究

为研究砂卵石地层中土压平衡盾构刀土相互作用的力学行为,揭示楔犁刀的楔犁松动机制,首先,将刀盘前方砂卵石地层等效为连续介质,采用Terzaghi地基承载力模型与Mckyes-Ali模型求解楔犁刀楔犁松动作用下砂卵石地层的破坏强度;然后,引入楔犁指数k表征楔犁刀反复松动地层、地层颗粒间咬合作用被逐渐破坏、地层强度逐渐降低的楔犁松动状态,分析复杂刀具配置条件下整盘刀具楔犁地层时的受力情况;最后,通过计算得到单把楔犁刀楔犁地层所需的环向松动力及轴向顶进力,并提出砂卵石地层楔犁刀梯次松动地层与刮刀剥落渣土的受力计算方法,得到整盘刀具松动地层所需的扭矩及贯入推力,分析贯入推力和扭矩的影响因素。采用本文提出的计算分析方法计算土压平衡盾构楔犁刀与刮刀组合松动砂卵石地层时刀具的受力(推力和扭矩)与工程实测结果基本相符。研究结果表明:楔犁刀分层、超前于刮刀布置可以有效降低松动地层所需的贯入推力和扭矩,达到降低盾构掘进所需总推力及总扭矩的目的。

厚卵砾漂石地层注浆止水新型材料注浆效果试验研究

在富水厚卵砾漂石地层中,采用传统的注浆浆液进行止水,浆液极易在地层内大量流失,且注浆后浆液扩散不均、多呈"糖葫芦"状扩散,无法保证注浆效果。针对富水厚卵砾漂石地层的地质特点,针对注浆材料进行一系列室内配比试验,并通过注浆模型试验及现场试验进行卵砾漂石地层的注浆材料研究。试验表明:在厚卵砾漂石地层中,采用2种新型浆液即CD-SCA(水泥+聚羧酸钠盐型分散剂-水玻璃+硫酸铜+明矾)浆液和PC-SCA(磷酸-水玻璃+硫酸铜+明矾)浆液,注浆浆液呈柱状均匀扩散,扩散半径满足设计要求,地层的渗透性明显改善,满足了帷幕止水墙的止水效果,为今后同类地层注浆止水工程施工提供了有效借鉴。

隧道强透水砂砾地层袖阀管地表注浆加固工艺研究

针对马鞍梁隧道洞身砂砾层具有强渗透、弱胶结、水力联系发育的特点,基于袖阀管注浆加固技术,提出约束-发散型注浆模式并采用硫铝酸盐单液浆与水泥-水玻璃双液浆混合、周边孔与中心孔分次、分段落注浆的试验方案,开展袖阀管注浆加固工艺试验研究及应用。超前水平钻探孔及岩芯取样效果表明:以地层加固为主的后退式袖阀管分段地表垂直注浆加固,有效地提高了隧道洞身地层的整体性、稳定性和均一性。

南京—仪征地区新近纪砂砾层层序及古长江的形成与演化

对南京—仪征地区新近纪砂砾层层序、时代进行了讨论。该地区新近纪砂砾层地层层序为中新世中期的洞玄观组 (N1d)、中新世晚期的六合组 (N1l)、黄岗组 (N1h)及上新世的雨花台组 (N2 y) ,认为雨花台组沉积是位于六合组之上的另一套砂砾层 ,其沉积时代为上新世晚期。还分析了新近纪砂砾层在中新世中期、中新世晚期、上新世的沉积环境 ,探讨了区内古长江的形成与演化 ,认为古长江是在古近纪断陷盆地的基础上 ,经历了中新世多个汇水盆地的发育阶段至上新世形成古长江雏形 ,并于更新世早期基本定型 ,其形成及演化过程均与新构造活动息息相关。

砂卵石富水地层注浆加固技术

结合工程概况,介绍了工程地质和水文地质条件及“PBA”洞桩法的施工方法,指出了砂卵石地层中进行导洞开挖的施工难点,并对超前小导管注浆的设计与施工过程进行了阐述,以达到加固地层保证隧道的施工安全和周边环境稳定的目的。

基于盾构掘进效果的富水砾砂地层渣土改良试验研究

为解决土压平衡盾构在富水砾砂地层中掘进时螺旋输送机出口易发生喷涌的难题,依托昆明地铁4号线盾构隧道工程,开展富水砾砂地层渣土改良研究。首先通过大型渗透试验评价地层的渗透性,然后对试验段内每环的渣土进行坍落度试验,分析渣土改良对盾构掘进参数的影响,检验并评价渣土改良的实际效果,进而给出昆明地区富水砾砂地层的合理改良建议。研究结果表明:1)昆明地区砾砂土的坍落度与含水率呈明显的正相关关系,而其渗透系数随测试时间的增加而降低,在2 h后减小为0;2)塑流性较好的渣土对应着较低的刀盘转矩、推力和较高的掘进速度;3)通过对掘进参数的分析可知,坍落度达到5~10 cm即可满足施工要求。

成都富水砂卵石地层盾构刀盘设计及应用

针对成都富水砂卵石地层盾构施工过程中刀盘刀具磨损严重、结泥饼和地表沉降大等问题,从盾构刀盘结构设计、刀具配置、耐磨保护及刀盘碴土改良等方面入手,对刀盘进行了针对性地改良设计。改良后的盾构刀盘不仅实现了长距离掘进,而且也有效地控制了地表沉降,对类似地层盾构刀盘设计具有一定的指导和借鉴作用。

繁华城区富水砂卵石地层大直径泥水盾构隧道施工关键技术

以北京铁路地下直径线双线大直径泥水盾构隧道施工为背景,针对施工中的重难点,总结分析该盾构隧道的选型、进洞加固、掘进参数控制、泥水处理、进仓换刀等关键技术,主要有以下结果:1)对掘进参数及刀盘刀具配置进行了优化改造研究,确定了合理的施工参数及刀具配置方式,有效地减少了刀盘刀具磨损,降低了施工对周边环境的影响程度,确保了施工安全。2)多种方法的综合运用,对施工过程进行多方面多角度的沉降监测,及时进行反馈,确保了施工安全。3)较好地解决了砂卵石地层中带压换刀技术的气密性难题,最大限度减小了对周边环境和居民正常生活的干扰;复打空心桩替代常规竖井带压进仓技术,克服了带压进仓动火作业的风险。4)采用大合金块的刀具设置,增强了切刀及周边刮刀的抗冲击性和耐磨性;滚刀作为先行刀有效地松动了地层,减少了刀具的非正常损坏,确保掘进工作顺利进行。

砂卵石地层中某盾构区间过桥区段的方案优化

为控制地面建筑物的倾斜及沉降,结合北京地铁某盾构区间隧道与桥桩的相互关系、砂卵石地层的特点等,提出砂卵石地层盾构隧道下穿立交桥桩基的设计方案,并经理论分析,对该区间下穿桥桩的方案进行了优化,鉴于达—广区间尚未施工,优化方案及措施有待验证。

下穿黄河强透水砂卵石地层隧道施工参数研究

为优化水下盾构隧道施工参数设定问题,以兰州地铁1号线下穿黄河泥水平衡式盾构隧道工程为研究背景,针对其独特的强透水砂卵石地层条件,对水下盾构隧道穿越砂卵石地层施工参数进行统计分析。盾构施工参数相互联系、相互影响,施工时应综合考虑各参数的联动关系。为保证隧道开挖面土体稳定,施工时应适当提高盾构推力,保持切口泥水压力稳定,掘进速度不宜过快。为形成致密性良好的泥膜,适当提高泥浆性能参数。为有效减少地层损失和地表沉降,应加强同步注浆控制,选择凝结时间较短的注浆浆液。

开挖舱高压环境下盾构刀盘动火修复技术

为了解决盾构在城市环境中长距离掘进时刀盘修复难题,结合北京铁路地下直径线工程的成功经验,阐述带压动火的整体思路,介绍带压动火作业的现场实施情况,分析在焊接过程中保障作业空间安全、气体环境的防爆安全、人员健康和作业可控的技术要求,研究高压焊接技术涉及的焊接方法、焊接设备、焊接材料和焊接工艺等系列问题,形成了完整的技术体系,并取得了良好的应用效果。

富水砂卵石地层注浆加固试验研究

通过自行研制的模拟饱水条件下注浆加固和堵水的试验装置进行单孔注浆试验,分析了注浆压力和浆液扩散规律,试验结果表明:注浆压力存在"脉冲"现象,孔隙水压力越大,"脉冲"现象越明显;凝胶注浆材料在地层中扩散分为两个阶段,地层中水压力越大,浆液扩散半径越小。

浅谈全套管旋挖扩大头灌注桩施工工艺

旋挖钻机在厚砂卵石等复杂地层中旋挖成孔施工中,常会出现孔壁坍塌、混凝土超灌、沉渣难以控制等问题,影响施工质量和施工进度。以漳州旧花山溪干涸河道桩基工程为例,该区砂卵石多、微风化孤石大,且地下水丰富、水位高,施工条件复杂,为防止出现上述事故,采用了旋挖钻进全套管施工方法:使用大功率液压全回转套管钻机;设计了放置钢套管钻机驱动钻进、旋挖机掏土、扩底钻进、气举反循环清孔等主要工艺流程;并就垂直度纠偏、地下障碍物处理、防止孔壁坍塌等提出了解决方案。该项工程施工表明,全套管旋挖扩大头灌注桩施工工艺可克服砂卵石层施工难题,提高工程质量,缩短施工工期。

扰动地层上围堰防渗墙施工工艺及特点

KLSK水利枢纽采用河床布置碾压混凝土重力坝及右岸布置引水发电系统的格局。上下游围堰处河床覆盖层厚达13m左右,受多年人工采金影响,已被严重扰动、分选,基础具有强透水性。采用槽孔防渗墙,结合灌浆加固槽孔、旋挖成墙的施工工艺,较好地解决了围堰基础处理上的难题。

刘家峡水电站右岸绕坝渗流模式

根据实测数据，分析了刘家峡水电站右岸绕坝渗流变化规律及地质条件对右岸渗流的影响，提出右岸砂砾石层渗透形式，评价了右岸砂砾石层渗流状态。

提高复杂地层钻进效率的重要途径：谈钻孔采用优质泥浆护壁通过砂卵石层

试验证明，在结构松散、地下水位较高、粒径不均的深厚砂卵石地层中钻孔，采用膨润土与ＳＭ植物胶为主要材料的优质泥浆护壁，在效地解决了塌孔、漏浆等问题，同时还提高了钻进速度２～４倍，是一种十分有效和值得大力推广的砂卵石地层钻孔方法。