土壓平衡盾構(gòu)施工的頂進推力模型試驗研究

第30卷第1期巖土工程學報vol.30no.1 2008年1月chinesejournalofgeotechnicalengineeringjan.,2008 均勻軟質(zhì)地層條件下土壓平衡盾構(gòu)施工的合理 頂進推力分析 徐前衛(wèi) 1，2 ，朱合華 3 ，廖少明 3* ，鄭七振 2 ，周奎 2 （1.上海理工大學土木工程系，上海200093；2.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海200030；3.同濟大學巖土及地下 工程教育部重點實驗室，上海200092） 摘要：應(yīng)用數(shù)學和力學方法，從土壓平衡盾構(gòu)的掘削工作機理入手，研究頂進推力

第30卷第1期巖土工程學報vol.30no.1 2008年1月chinesejournalofgeotechnicalengineeringjan.,2008 均勻軟質(zhì)地層條件下土壓平衡盾構(gòu)施工的合理 頂進推力分析 徐前衛(wèi) 1，2 ，朱合華 3 ，廖少明 3* ，鄭七振 2 ，周奎 2 （1.上海理工大學土木工程系，上海200093；2.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海200030；3.同濟大學巖土及地下 工程教育部重點實驗室，上海200092） 摘要：應(yīng)用數(shù)學和力學方法，從土壓平衡盾構(gòu)的掘削工作機理入手，研究頂進推力

我國沿海地區(qū)以及許多內(nèi)陸城市的地下廣泛分布著很深的軟黏土沉積層,目前該區(qū)域的許多城市都已興建或正在籌建地鐵。為確保在這種軟弱地層中能采取與之相適應(yīng)的盾構(gòu)工法、減少對周圍環(huán)境的影響以及降低工程造價,以上海地鐵m8線某區(qū)間隧道工程為研究背景,采用室內(nèi)模型試驗的方法,進行了土壓平衡盾構(gòu)針對軟土地層的適應(yīng)性試驗研究。為此,首先根據(jù)相似理論和模型試驗方法建立了土體–盾構(gòu)機器之間的相似系統(tǒng);隨后,針對上海地區(qū)特定的軟土地層,進行了人工模型土壤的配制和模型試驗方法的設(shè)計,并利用直徑400mm的模型盾構(gòu)機模擬直徑6340mm的原型盾構(gòu)機;最后,進行盾構(gòu)不同工作參數(shù)組合的掘削試驗,并記錄下試驗過程中機器工作參數(shù)及土體內(nèi)應(yīng)力和變形變化的有關(guān)試驗結(jié)果,通過對試驗數(shù)據(jù)的整理與分析,得出了軟土地層中土壓平衡盾構(gòu)法施工的一些有用的規(guī)律。

由于受地質(zhì)條件和施工工藝的限制,盾構(gòu)掘削參數(shù)的變化難免會對地層產(chǎn)生擾動影響,往往由此而引發(fā)一系列的環(huán)境病害問題,故而有必要開展土體-盾構(gòu)系統(tǒng)的基礎(chǔ)試驗研究。首先進行了盾構(gòu)模型試驗方案的設(shè)計,該方案包括直徑0.4m的土壓平衡模型盾構(gòu)、2.4m×2.4m×1.2m的試驗土箱、盾構(gòu)工作驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等4部分;隨后在軟硬不同的模型土層中,進行盾構(gòu)不同工作參數(shù)組合的掘削試驗,得出一些有用的規(guī)律。

盾構(gòu)推進時開挖面的穩(wěn)定對控制沉降起著決定性作用,因此要求作為開挖面支撐介質(zhì)的土砂具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小等特點,但是一般土壤不能完全滿足這些特性,為此需要對開挖面土體進行改良。目前土體改良技術(shù)主要是在土體內(nèi)加入膨潤土、泡沫等添加劑來改善土體的性能,但是該技術(shù)對于超大直徑、工程環(huán)境敏感的上海外灘通道工程是否適應(yīng)值得探討。為此,以上海外灘通道工程為背景,通過室內(nèi)試驗、模擬試驗和現(xiàn)場試驗研究了土體改良技術(shù)對超大直徑土壓平衡盾構(gòu)隧道的適應(yīng)性問題;通過室內(nèi)試驗驗證了泡沫和膨潤土對上海典型土體的改良效果;根據(jù)模擬推進試驗結(jié)果確定了添加劑加量、發(fā)泡率等參數(shù);最后通過現(xiàn)場試驗探討了改良效果。通過在超大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工中對土體進行改良,有效地保持了開挖面的穩(wěn)定,減少了盾構(gòu)推力與扭矩,刀盤磨損和機械負荷也都得到了很好的改善,盾構(gòu)在土體改良后出土流暢、推進勻速,從而驗證了土體改良技術(shù)對超大直徑盾構(gòu)隧道的適用性。

盾構(gòu)推進時開挖面的穩(wěn)定對控制沉降起著決定性作用,要求開挖面土砂具有良好的塑性變形、軟稠度、內(nèi)摩擦角小及滲透率小等特性。但是一般土壤不能完全滿足要求,需要對開挖面土體進行改良。為此,以上海外灘通道工程為背景,試驗研究了土體改良技術(shù)對超大直徑土壓盾構(gòu)隧道適應(yīng)性問題。通過室內(nèi)試驗驗證了泡沫和膨潤土對上海典型土體的改良效果;根據(jù)模擬推進試驗結(jié)果確定了添加劑加量、發(fā)泡率等參數(shù);最后通過現(xiàn)場試驗探討了改良效果,從而驗證了土體改良技術(shù)適用于超大直徑盾構(gòu)隧道。

土木工程學報 ｃｈｉｎａｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ 第４０卷第９期 ２００７年９月 ｖｏｌ．４０ｎｏ．９ ｓｅｐ．２００７ 軟土地層土壓平衡盾構(gòu)施工參數(shù)的模型試驗研究 朱合華１徐前衛(wèi)２，３鄭七振３廖少明１ （１．同濟大學，上海２０００９２；２．上海交通大學，上海２０００３０；３．上海理工大學，上海２０００９３） 摘要：我國沿海經(jīng)濟發(fā)達城市及一些內(nèi)陸中心城市正在興建或籌建地鐵，這些地區(qū)的地下廣泛分布著較厚的軟黏 土沉積層。為研究土壓平衡盾構(gòu)在這種軟土地層中施工的適應(yīng)性，以上海地鐵ｍ８線某區(qū)間隧道工程為研究背 景，采用室內(nèi)模型試驗的方法，開展在不同埋深、不同刀盤開口率、不同推進速度以及不同螺旋機轉(zhuǎn)速等情況下 的盾構(gòu)掘削模型試驗。通過對試驗結(jié)果的整理與分析，得出土倉壓力與排土效率、單位時間排土量與推進速度、 推力和扭

土壓平衡盾構(gòu)施工通常會對周圍土體產(chǎn)生擠壓作用,導致地面隆起和深層土體向遠離隧道方向移動?？紤]土體的初始應(yīng)力場,假定土體是均勻線彈性材料,通過向掘進機周圍土體施加向外側(cè)的橢圓形徑向位移來模擬盾構(gòu)擠土過程,在假定小應(yīng)變情況下,推導了半無限空間中土體位移場的近似解析解。考慮空間效應(yīng),給出了修正計算公式,并作了一個算例分析。分析結(jié)果表明:過大的支護壓力、掘進機偏斜、掘進機與土體的摩阻力以及注漿壓力都會引起擠土效應(yīng),產(chǎn)生的地面隆起最高點位于軸線兩側(cè),擠土過程會減小施工結(jié)束時的沉降值和沉降槽寬度,且所得理論計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)較吻合。

結(jié)合上海軌道交通明珠線二期工程“溧陽路站—臨平路站”區(qū)間盾構(gòu)推進工程,進行靜力觸探試驗、超孔隙水壓力測量以及地面沉降的量測.從上述不同角度,分析了ebp(土壓平衡)盾構(gòu)在粉性土中推進對土體擾動、變形的影響,研究了受影響區(qū)域土體靜力觸探強度、超孔隙水壓力隨著時間的變化趨勢及隨之表現(xiàn)出來的地面變形趨勢,得出了超孔隙水壓力發(fā)展的規(guī)律及經(jīng)驗公式,并總結(jié)分析了三者之間的相互關(guān)系.為今后盾構(gòu)施工擾動的分析及控制提供有益的參考.

土壓平衡盾構(gòu)在隧道施工中,特別在地鐵區(qū)間隧道施工中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。土壓平衡盾構(gòu)主要適用于粘性土地層開挖,其在砂土地層的掘進過程中通常會遇到掌子面土壓平衡難以形成、螺旋出土器無法正常排土、刀盤扭矩過大及刀具磨損過快等一些問題。最有效的解決方法是使用泡沫等添加劑對土體進行改良,但是目前工程施工現(xiàn)場添加劑的使用尚存在一定的盲目性。文章首先通過自制的試驗室發(fā)泡裝置生產(chǎn)泡沫,并對泡沫的性能與發(fā)泡劑溶液濃度的關(guān)系進行研究,為有效使用泡沫提供依據(jù),并通過一系列試驗研究泡沫對砂土的改良效果,得到適合土壓平衡盾構(gòu)施工的優(yōu)化泡沫摻入比。

土壓平衡盾構(gòu)在砂性土中施工問題的試驗研究——土壓平衡盾構(gòu)掘進是軟土地區(qū)地鐵隧道施工的主要方法之一，但是盾構(gòu)在穿越塑流性差、含水量高、滲透系數(shù)大的砂性土層時，存在土體受擾動發(fā)生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困難使工作面形成“干餅”等許多技術(shù)難題...

土壓平衡盾構(gòu)掘進是軟土地區(qū)地鐵隧道施工的主要方法之一,但是盾構(gòu)在穿越塑流性差、含水量高、滲透系數(shù)大的砂性土層時,存在土體受擾動發(fā)生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困難使工作面形成“干餅”等許多技術(shù)難題。為此,研究了盾構(gòu)穿越砂性土層時采用合適的添加劑的施工工藝,并在盾構(gòu)(工作面)原位對砂性土層摻入泡沫劑和肥皂水2種添加劑進行盾構(gòu)推進對比試驗,結(jié)合室內(nèi)砂性土土樣摻入泡沫劑和肥皂水試驗數(shù)據(jù),對比分析了摻入2種不同添加劑對減小盾構(gòu)在砂性土層中的推進阻力及其對改善砂性土層特性的影響。在試驗數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,對添加劑增加砂性土的塑流性、保水性以及工作面動態(tài)土壓平衡機理作了較深入的探討。研究結(jié)果表明,摻入添加劑易形成工作面動態(tài)土壓平衡,有效控制地面沉降,并可加快螺旋出土器排土,減少刀盤扭矩、千斤頂推力及刀頭磨損。

北京地鐵5號線盾構(gòu)試驗段及南延工程是全線重要的地下區(qū)段之一,通過本工程的實踐,為北京地層條件下的盾構(gòu)施工先期進行了有益的探索,并取得了一些典型地層條件下的施工經(jīng)驗,為后續(xù)盾構(gòu)隧道的施工提供有益的參照.

以南昌地鐵一號線6標盾構(gòu)工程為對象，從地質(zhì)、環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)以及人員的角度分析了盾構(gòu)施工要素控制及管理的要點，為同類工程提供了有益的參考。

土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)

在大直徑或超大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工中，外運渣土數(shù)量將隨盾構(gòu)機開挖直徑的增大成倍增加，若同時遇到運輸距離長、渣土外運重載上坡坡度大等不利工況時，采取常規(guī)的物料運輸方案，會出現(xiàn)物料運輸效率低，導致盾構(gòu)施工速度下降。針對大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工在長距離物料運輸、重載大坡度上坡等不利工況，結(jié)合長株潭城際鐵路盾構(gòu)施工的實際，綜合采取了雙電機車重聯(lián)牽引、隧道內(nèi)鋪設(shè)四軌三線運輸軌道和盾構(gòu)機尾部安裝隨盾構(gòu)機移動的雙開道岔浮放軌等三項措施，與常規(guī)的隧道內(nèi)鋪設(shè)單線軌道的方案相比，物料運輸效率提高近一倍，解決了大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工物料運輸效率低下、盾構(gòu)施工速度慢的難題，該方案有較高的技術(shù)水平，在大直徑和超大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工中具有廣泛的推廣和參考價值。

針對深圳的富水砂層,采用泡沫、膨潤土以及高分子聚合物等添加劑,改良盾構(gòu)施工渣土,進行現(xiàn)場坍落度試驗.基于現(xiàn)場試驗結(jié)果,通過對土樣進行電鏡掃描以及壓縮、滲透等室內(nèi)試驗研究,分析了改性渣土細觀結(jié)構(gòu)以及滲透、壓縮特性的變化.對添加劑改善富水砂性土的流塑性、保水性以及開挖面動態(tài)土壓平衡機理作了較深入的探討.結(jié)果表明,富水砂層中,采用質(zhì)量比為1∶7、外摻量為8%~10%的膨潤土進行渣土改良,可滿足施工需求.

土壓平衡盾構(gòu)以其高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于地鐵施工中，雖然技術(shù)成熟，但施工中一些常見的問題，施工方依然應(yīng)當采取預(yù)防及處理措施，從而確保地鐵工程的施工質(zhì)量。本文詳細介紹了土壓平衡盾構(gòu)機組成、工作原理，重點對盾構(gòu)隧道的主施工過程和關(guān)鍵工藝技術(shù)進行總結(jié)和分析。

土壓平衡盾構(gòu)以其高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于地鐵施工中，雖然技術(shù)成熟，但施工中一些常見的問題，施工方依然應(yīng)當采取預(yù)防及處理措施，從而確保地鐵工程的施工質(zhì)量。本文詳細介紹了土壓平衡盾構(gòu)機組成、工作原理，重點對盾構(gòu)隧道的主施工過程和關(guān)鍵工藝技術(shù)進行總結(jié)和分析。

檢測盾構(gòu)施工中注漿效果的模型試驗——盾構(gòu)施工注漿效果好壞關(guān)系到其對周圍及上方建(構(gòu))筑物的破壞程度，但現(xiàn)在對于注漿效果的檢測還是停留在純粹對于泥漿本身的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)及力學性質(zhì)的檢測上，并沒有綜合考慮施工工況。如果進行現(xiàn)場檢驗則成本較大，一...

為了保證隧道工程進行同步注漿時的工作性能,采用正交實驗方法,研究了各原料對注漿漿液的稠度、7d抗壓強度、初凝時間三項指標的影響規(guī)律,得出了隧道同步注漿漿液的最佳配比。

地鐵隧道工程施工時,經(jīng)常會采用盾構(gòu)施工法進行施工,在施工期間,需要結(jié)合地質(zhì)情況及施工進度對渣土的狀態(tài)進行改良和調(diào)整,保證盾構(gòu)施工順利開展。以實際工程為例,首先對渣土改良的重要性進行了分析,然后提出渣土改良的方案,并根據(jù)實驗室配比進行研究,探討土壓平衡盾構(gòu)施工過程中渣土改良施工技術(shù)的應(yīng)用,確保項目工程的順利施工,為同類工程施工提供參考與借鑒。