土压平衡盾构施工的顶进推力模型试验研究

第30卷第1期岩土工程学报vol.30no.1 2008年1月chinesejournalofgeotechnicalengineeringjan.,2008 均匀软质地层条件下土压平衡盾构施工的合理 顶进推力分析 徐前卫 1，2 ，朱合华 3 ，廖少明 3* ，郑七振 2 ，周奎 2 （1.上海理工大学土木工程系，上海200093；2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030；3.同济大学岩土及地下 工程教育部重点实验室，上海200092） 摘要：应用数学和力学方法，从土压平衡盾构的掘削工作机理入手，研究顶进推力

第30卷第1期岩土工程学报vol.30no.1 2008年1月chinesejournalofgeotechnicalengineeringjan.,2008 均匀软质地层条件下土压平衡盾构施工的合理 顶进推力分析 徐前卫 1，2 ，朱合华 3 ，廖少明 3* ，郑七振 2 ，周奎 2 （1.上海理工大学土木工程系，上海200093；2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030；3.同济大学岩土及地下 工程教育部重点实验室，上海200092） 摘要：应用数学和力学方法，从土压平衡盾构的掘削工作机理入手，研究顶进推力

我国沿海地区以及许多内陆城市的地下广泛分布着很深的软黏土沉积层,目前该区域的许多城市都已兴建或正在筹建地铁。为确保在这种软弱地层中能采取与之相适应的盾构工法、减少对周围环境的影响以及降低工程造价,以上海地铁m8线某区间隧道工程为研究背景,采用室内模型试验的方法,进行了土压平衡盾构针对软土地层的适应性试验研究。为此,首先根据相似理论和模型试验方法建立了土体–盾构机器之间的相似系统;随后,针对上海地区特定的软土地层,进行了人工模型土壤的配制和模型试验方法的设计,并利用直径400mm的模型盾构机模拟直径6340mm的原型盾构机;最后,进行盾构不同工作参数组合的掘削试验,并记录下试验过程中机器工作参数及土体内应力和变形变化的有关试验结果,通过对试验数据的整理与分析,得出了软土地层中土压平衡盾构法施工的一些有用的规律。

由于受地质条件和施工工艺的限制,盾构掘削参数的变化难免会对地层产生扰动影响,往往由此而引发一系列的环境病害问题,故而有必要开展土体-盾构系统的基础试验研究。首先进行了盾构模型试验方案的设计,该方案包括直径0.4m的土压平衡模型盾构、2.4m×2.4m×1.2m的试验土箱、盾构工作驱动系统和数据采集系统等4部分;随后在软硬不同的模型土层中,进行盾构不同工作参数组合的掘削试验,得出一些有用的规律。

盾构推进时开挖面的稳定对控制沉降起着决定性作用,因此要求作为开挖面支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点,但是一般土壤不能完全满足这些特性,为此需要对开挖面土体进行改良。目前土体改良技术主要是在土体内加入膨润土、泡沫等添加剂来改善土体的性能,但是该技术对于超大直径、工程环境敏感的上海外滩通道工程是否适应值得探讨。为此,以上海外滩通道工程为背景,通过室内试验、模拟试验和现场试验研究了土体改良技术对超大直径土压平衡盾构隧道的适应性问题;通过室内试验验证了泡沫和膨润土对上海典型土体的改良效果;根据模拟推进试验结果确定了添加剂加量、发泡率等参数;最后通过现场试验探讨了改良效果。通过在超大直径土压平衡盾构施工中对土体进行改良,有效地保持了开挖面的稳定,减少了盾构推力与扭矩,刀盘磨损和机械负荷也都得到了很好的改善,盾构在土体改良后出土流畅、推进匀速,从而验证了土体改良技术对超大直径盾构隧道的适用性。

盾构推进时开挖面的稳定对控制沉降起着决定性作用,要求开挖面土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特性。但是一般土壤不能完全满足要求,需要对开挖面土体进行改良。为此,以上海外滩通道工程为背景,试验研究了土体改良技术对超大直径土压盾构隧道适应性问题。通过室内试验验证了泡沫和膨润土对上海典型土体的改良效果;根据模拟推进试验结果确定了添加剂加量、发泡率等参数;最后通过现场试验探讨了改良效果,从而验证了土体改良技术适用于超大直径盾构隧道。

土木工程学报 ｃｈｉｎａｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌ 第４０卷第９期 ２００７年９月 ｖｏｌ．４０ｎｏ．９ ｓｅｐ．２００７ 软土地层土压平衡盾构施工参数的模型试验研究 朱合华１徐前卫２，３郑七振３廖少明１ （１．同济大学，上海２０００９２；２．上海交通大学，上海２０００３０；３．上海理工大学，上海２０００９３） 摘要：我国沿海经济发达城市及一些内陆中心城市正在兴建或筹建地铁，这些地区的地下广泛分布着较厚的软黏 土沉积层。为研究土压平衡盾构在这种软土地层中施工的适应性，以上海地铁ｍ８线某区间隧道工程为研究背 景，采用室内模型试验的方法，开展在不同埋深、不同刀盘开口率、不同推进速度以及不同螺旋机转速等情况下 的盾构掘削模型试验。通过对试验结果的整理与分析，得出土仓压力与排土效率、单位时间排土量与推进速度、 推力和扭

土压平衡盾构施工通常会对周围土体产生挤压作用,导致地面隆起和深层土体向远离隧道方向移动。考虑土体的初始应力场,假定土体是均匀线弹性材料,通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟盾构挤土过程,在假定小应变情况下,推导了半无限空间中土体位移场的近似解析解。考虑空间效应,给出了修正计算公式,并作了一个算例分析。分析结果表明:过大的支护压力、掘进机偏斜、掘进机与土体的摩阻力以及注浆压力都会引起挤土效应,产生的地面隆起最高点位于轴线两侧,挤土过程会减小施工结束时的沉降值和沉降槽宽度,且所得理论计算结果与实测数据较吻合。

结合上海轨道交通明珠线二期工程“溧阳路站—临平路站”区间盾构推进工程,进行静力触探试验、超孔隙水压力测量以及地面沉降的量测.从上述不同角度,分析了ebp(土压平衡)盾构在粉性土中推进对土体扰动、变形的影响,研究了受影响区域土体静力触探强度、超孔隙水压力随着时间的变化趋势及随之表现出来的地面变形趋势,得出了超孔隙水压力发展的规律及经验公式,并总结分析了三者之间的相互关系.为今后盾构施工扰动的分析及控制提供有益的参考.

土压平衡盾构在隧道施工中,特别在地铁区间隧道施工中已经得到广泛应用。土压平衡盾构主要适用于粘性土地层开挖,其在砂土地层的掘进过程中通常会遇到掌子面土压平衡难以形成、螺旋出土器无法正常排土、刀盘扭矩过大及刀具磨损过快等一些问题。最有效的解决方法是使用泡沫等添加剂对土体进行改良,但是目前工程施工现场添加剂的使用尚存在一定的盲目性。文章首先通过自制的试验室发泡装置生产泡沫,并对泡沫的性能与发泡剂溶液浓度的关系进行研究,为有效使用泡沫提供依据,并通过一系列试验研究泡沫对砂土的改良效果,得到适合土压平衡盾构施工的优化泡沫掺入比。

土压平衡盾构在砂性土中施工问题的试验研究——土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一，但是盾构在穿越塑流性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时，存在土体受扰动发生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困难使工作面形成“干饼”等许多技术难题...

土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一,但是盾构在穿越塑流性差、含水量高、渗透系数大的砂性土层时,存在土体受扰动发生液化、流砂或由于螺旋出土器出土困难使工作面形成“干饼”等许多技术难题。为此,研究了盾构穿越砂性土层时采用合适的添加剂的施工工艺,并在盾构(工作面)原位对砂性土层掺入泡沫剂和肥皂水2种添加剂进行盾构推进对比试验,结合室内砂性土土样掺入泡沫剂和肥皂水试验数据,对比分析了掺入2种不同添加剂对减小盾构在砂性土层中的推进阻力及其对改善砂性土层特性的影响。在试验数据分析的基础上,对添加剂增加砂性土的塑流性、保水性以及工作面动态土压平衡机理作了较深入的探讨。研究结果表明,掺入添加剂易形成工作面动态土压平衡,有效控制地面沉降,并可加快螺旋出土器排土,减少刀盘扭矩、千斤顶推力及刀头磨损。

北京地铁5号线盾构试验段及南延工程是全线重要的地下区段之一,通过本工程的实践,为北京地层条件下的盾构施工先期进行了有益的探索,并取得了一些典型地层条件下的施工经验,为后续盾构隧道的施工提供有益的参照.

以南昌地铁一号线6标盾构工程为对象，从地质、环境、设备、技术以及人员的角度分析了盾构施工要素控制及管理的要点，为同类工程提供了有益的参考。

土压平衡盾构施工技术

在大直径或超大直径土压平衡盾构施工中，外运渣土数量将随盾构机开挖直径的增大成倍增加，若同时遇到运输距离长、渣土外运重载上坡坡度大等不利工况时，采取常规的物料运输方案，会出现物料运输效率低，导致盾构施工速度下降。针对大直径土压平衡盾构施工在长距离物料运输、重载大坡度上坡等不利工况，结合长株潭城际铁路盾构施工的实际，综合采取了双电机车重联牵引、隧道内铺设四轨三线运输轨道和盾构机尾部安装随盾构机移动的双开道岔浮放轨等三项措施，与常规的隧道内铺设单线轨道的方案相比，物料运输效率提高近一倍，解决了大直径土压平衡盾构施工物料运输效率低下、盾构施工速度慢的难题，该方案有较高的技术水平，在大直径和超大直径土压平衡盾构施工中具有广泛的推广和参考价值。

针对深圳的富水砂层,采用泡沫、膨润土以及高分子聚合物等添加剂,改良盾构施工渣土,进行现场坍落度试验.基于现场试验结果,通过对土样进行电镜扫描以及压缩、渗透等室内试验研究,分析了改性渣土细观结构以及渗透、压缩特性的变化.对添加剂改善富水砂性土的流塑性、保水性以及开挖面动态土压平衡机理作了较深入的探讨.结果表明,富水砂层中,采用质量比为1∶7、外掺量为8%~10%的膨润土进行渣土改良,可满足施工需求.

土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，重点对盾构隧道的主施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。

土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，重点对盾构隧道的主施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。

检测盾构施工中注浆效果的模型试验——盾构施工注浆效果好坏关系到其对周围及上方建(构)筑物的破坏程度，但现在对于注浆效果的检测还是停留在纯粹对于泥浆本身的物理性质、化学性质及力学性质的检测上，并没有综合考虑施工工况。如果进行现场检验则成本较大，一...

为了保证隧道工程进行同步注浆时的工作性能,采用正交实验方法,研究了各原料对注浆浆液的稠度、7d抗压强度、初凝时间三项指标的影响规律,得出了隧道同步注浆浆液的最佳配比。

地铁隧道工程施工时,经常会采用盾构施工法进行施工,在施工期间,需要结合地质情况及施工进度对渣土的状态进行改良和调整,保证盾构施工顺利开展。以实际工程为例,首先对渣土改良的重要性进行了分析,然后提出渣土改良的方案,并根据实验室配比进行研究,探讨土压平衡盾构施工过程中渣土改良施工技术的应用,确保项目工程的顺利施工,为同类工程施工提供参考与借鉴。