砂卵石地层中盾构设备的选型研究

河西支线工程地处北京西部石景山、门头沟和丰台地区,工程盾构区间穿越砂卵石地层,对于盾构设备的选型提出的较高要求。在选取合适的盾构设备时要综合地质条件、地层结构特征、实际勘探情况来确定盾构机类型,并对关键部位如刀盘刀具、驱动和推进系统、排土设备、土体改良设备、同步注浆设备等进行合理选择。盾构施工的掘进能力,在很大程度上受到盾构设备的制约和影响。因此,本文通过北京市南水北调配套工程建设实例,进行砂卵石地层中盾构设备的选型研究,并进行一定的分析论证和相关参数计算,旨在为今后相似工程地质条件下盾构设备的选型提供参考。

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。

盾构掘进过程离散元仿真与交互作用分析

针对成都砂卵石地层的特殊性给盾构施工带来的刀盘卡停、中心结泥饼、刀盘过度磨损以及螺旋输送机断轴等问题,采用离散元理论及分析方法,通过模拟砂卵石地层盾构掘进过程,对盾构掘进过程中土体运动规律和受力特征进行研究。得出:1)盾构掘进过程中刀盘掌子面外围土体颗粒运动速度要高于刀盘中心土体颗粒;2)土舱中心和螺旋轴伸入土舱段左右两侧的土体运动速度较慢;3)刀盘掌子面土体及土舱内土体压缩力分布与刀盘旋转方向有关。利用EDEM与ANSYS耦合对刀盘及螺旋输送机进行有限元分析,得出:1)盾构掘进过程中刀盘的最大应力值为123.27 MPa,位于云腿与法兰盘连接处,最大变形量为1.69 mm,位于刀盘最外围的环形梁;2)螺旋输送机的最大应力值为59.01 MPa,位于土舱后隔板和螺旋输送机筒体连接处,最大变形量为0.49 mm,位于土舱和螺旋输送机筒体连接处附近的螺旋叶片外圈。

富水砂卵石地层大直径盾构渣土改良试验研究——以成都地铁17号线明九区间2^(#)风井—九江北站盾构工程为例

富水砂卵石地层大直径盾构施工过程中,易出现掌子面坍塌、喷涌、卵石沉舱以及螺旋出土器卡死等现象,同时,盾构转矩大,渣温高,一次性渣土改良体积大,使得对渣土改良的要求更加苛刻。为保证富水砂卵石地层土压平衡盾构的顺利进行,通过大量的室内试验对膨润土及泡沫剂最佳配比进行研究,并提出渣土改良剂的掺入体积分数及评价指标。研究发现:1)膨润土的漏斗黏度随钠基膨润土掺入体积分数的增加而增加;2)泡沫溶液发泡倍数和半衰期均随着泡沫剂体积分数的增加而增加;3)改良渣土流动性随着膨润土和泡沫剂掺入体积分数的增加而显著提高,渗透性随着膨润土掺入体积分数的增加而降低,随着泡沫剂掺入体积分数的增加而提高。建议:膨润土漏斗黏度不低于35 s,按照渣土体积的10%~12%掺入;泡沫剂发泡倍数控制在15倍,按照渣土体积的20%掺入。通过现场实际渣土取样以及掘进参数分析验证了渣土改良的效果。

砂卵石地层地铁车站地震动力响应规律研究

基于砂卵石土高摩擦性、低粘结性特点,通过ABAQUS建立二维数值计算模型,研究砂卵石地层与软黏土地层下地铁车站地震动力响应规律,结果表明:小震作用下软黏土地层对车站结构抗震有利,中震及大震时砂卵石地层对车站结构抗震有利。