砂卵石地层对盾构施工的影响
浅析砂卵石地层盾构施工
浅析砂卵石地层盾构施工摘要高富水、高砂卵石含量地层由于其特殊地质条件,盾构施工中存在较大风险,控制超挖,是降低盾构施工风险的关键,文章针对施工存在的几个主要问题提出解决的办法。
关键词高富水、砂卵石地层;超挖控制;Abstract: Due to the special geological conditions of the high water-rich, high content of sand and gravel strata, there is a big risk in shield construction, and control of over break is the key to reduce the shield construction risk, articles propose solutions for several major construction.Key words: high water-rich sand and gravel strata; over break control;引言高富水、高砂卵石含量地层宜选用土压平衡盾构,泥水盾构已经证明在此地质条件下不适用。
由于地质条件的特殊性,盾构掘进过程中都均存在超挖现象。
如何提高盾构掘进过程中渣土的流动性、塑性,进而提高掘进速度,最终达到减少超挖之目的,对于超挖量大的地段提出采用顶管注浆的方式填充空隙,可以有效控制地表沉降,降低盾构施工风险。
同时对盾构刀盘刀具配置、注浆回填进行阐述,最后对盾构施工的进出洞及特殊地段沉降大问题提出了自己的看法,并给出解决的方法。
实践证明,可以有效提高盾构施工进度,降低盾构施工风险。
特殊地质盾构穿越砂卵石土层,土体透水性强、渗透系数大,地下水水量丰富,自稳性差。
现有盾构的适用性对某地砂卵石层的原始地质经过筛分实验与盾构的适用相比较(如图1,红色区域为成都砂卵石粒径范围),从图中可以看出砂卵石地质不适用于土压平衡盾构施工,也不适用于泥水平衡盾构施工,但要想采用土压平衡盾构施工,必须采取有效的措施,使其渣土适用于土压平衡盾构施工。
砂卵石地层盾构施工对建筑物的影响分析及技术措施
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砂 卵石地层盾构施 工对建筑物 的影响 分析及技术措施
刘 树 山
( 中铁 十三局集 团 ,300长春 ∥高级工程 师) 100 ,
2 基础沉降对建筑物影 响的计算
2 1 强 制位移 计算 .
实际测 量到 盾 构施工 引起 的地 表沉 降槽 中心处 沉降量 为 1 9mm, 离 沉 降槽 中 心 1 处 的 沉 降 距 0m 量为 5mm。根 据 16 9 9年 P c 出 的盾 构 施 工 引 ek提 起 地面 沉降 的估 算 方 法 , 为 地 表 沉 降槽 的体 积应 认 等于地 层损 失 的体 积 。根据 这 个 假 定 , 出 了地 面 给 沉降量 的横 向分 布估 算公 式 :
图 1 冶金 宾馆基础结构及与隧道关系 图
a ay e t u tr a ue r a n:t eE n rla d n lzd. wo c nemes sa etke o r h PB c to o n
teas t tm aue, i c dsgotij t na dpl h ss es s whc i l ห้องสมุดไป่ตู้ ru n ci i ia n r hnu e o n e
1 工 程 背 景
成 都轨道 交通 1 线试 验段 的地下 段采 用 了盾 号 构法施 工 。盾 构 区 间穿 越 的 地 层 为 富 水 砂 卵 石 地 层, 卵石 含量达 7 %以上 ; 层 由 中密 ~致 密 , 石 0 地 卵 夹砂 , 部含有 粉 细 砂 透镜 体 , 下 水位 高 , 透 系 局 地 渗 数 大 。这 是 国 内第 一次 在该 类地 层 中进行 盾 构法 隧 道施 工 , 难度较 大 , 特别是 通 过建 筑 物时保 证 安全 显
例析砂卵石地层盾构施工
例析砂卵石地层盾构施工引言:成都地铁采用盾构法施工已经多年了,盾构掘进技术有所突破,但在复杂地质条件下盾构掘进超方现象还是时有发生,导致地表产生塌陷风险。
成都地铁4号线二期西延线土建6标1队盾构施工区域,大粒径漂卵石地层土压平衡盾构掘进过程进行压力控制,掘进参数摸索制定、渣土改良、降低超方、移动围挡等,确保地表安全。
一、工程概况成都地铁4号线二期工程土建6标1队盾构施工主要工程数量有:1#盾构井~凤溪站~南熏大道站~光华公园站区间,左线区间长2126.408m,右线区间长2110.577m,盾构掘进总长度为4236.985m。
盾构施工顺序为:凤溪站→南熏大道站→光华公园站;凤溪站→1#盾构井。
盾构区间隧道施工顺序图成都地铁4号线二期工程土建6标1队盾构施工区域难度大,很具有代表性的是凤溪站~南熏大道站盾构区间,凤南区间全长878m,起于南熏大道二段与向阳大道交叉口西侧,沿南熏大道二段、上林宽境右侧绿化带、光华大道三段下方穿行至南熏大道站。
区间下穿凤溪河渠及多处雨污水管线,旁穿中国人民武装警察部队水电第九支队、中国人民武装警察部队水电第十支队、柳城谊苑和上林宽境等多处商住区。
正线线路共4处曲线,最小曲线半径为300m,最大为400m,纵断面采用“V”型節能坡型式,最大纵坡25‰,最小纵坡2‰,区间最小埋深约9.7m,最大埋深约15.5m。
区间左线在ZDK20+366.024=ZDK20+350.000设16.024m长链,区间隧道右线全长862.299m,左线全长878.324m。
联络通道兼泵房设置于ZDK20+281.000,覆土约15.8m,采用矿山法施工。
管片衬砌环宽1500mm和1200mm,外径Φ6000mm、内径Φ5400mm、厚度300mm,C50混凝土、6块/环分块形式,错缝拼装。
二、工程地质及水文地质情况盾构区间主要穿越〈2-9-2〉中密卵石土、〈2-9-3〉密实卵石土和〈3-8-3〉密实卵石土地地层,漂卵石含量70~90%,卵石粒径一般为20~200mm,漂石含量根据探坑揭示含10~25%,漂石粒径集中在200~300mm ,凤南区间大于300mm粒径漂石含2~5%(体积比),漂卵石抗压强度41~299MPa。
浅埋砂卵石地层盾构开挖面稳定性影响因素研究
失稳具体措施 。 关键词 : 砂 卵 石 地 层 ;开挖 面稳 定 性 ; 影 响 因素 ;数 值 计 算 ;实例 分 析
中 图分 类 号 :U4 5 5 . 4 3 文 献 标 志 码 :A d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 O 0 1 — 8 3 6 0 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 1 8
St u d y o n Fa c t o r s I nf l u e nc i n g Fa c e S t a bi l i t y i n S ha l l o w
S h i e l d Tu n n e l i ng i n S a nd y Co b b l e S t r a t a
背景 , 总 结影 响盾 构 开 挖 面 稳 定 性 的 主 要 因素 ; 建立数值计算模型 , 分析内摩擦角 、 侧 压 力 系数 、 盾构直径 、 盾 构 埋 深 和 地 下 水 位 对 开 挖 面稳 定 性 的影 响 。 研究 结 果 表 明 : 内摩 擦 角 和地 下 水 位 是 影 响 开 挖 面 稳 定 性 的主 要 因素 ; 结 合 成 都 地 铁 2号 线 砂 卵石 地 层 盾 构 开 挖 面 失 稳 实 例 , 分 析开挖面失稳的主要原 因, 并 提 出 避 免 砂 卵 石地 层 开 挖 面
b a c k g r o u n d f o r c a s e s t u d y . Th e ma j o r f a c t o r s i n f l u e n c i n g s t a b i l i t y o f f a c e s e x c a v a t e d i n s a n d y p e b b l e s t r a t a
成都富水砂卵石地层盾构施工浅析
砂卵石地层中土压平衡盾构施工问题与对策研究
砂卵石地层中土压平衡盾构施工问题与对策研究作者:郭亮来源:《城市建设理论研究》2013年第21期摘要:本文依托北京地铁7号线广渠门外~广渠门内区间工程,对盾构在砂卵石地层中掘进时出现的问题做出分析,并提出针对性措施。
在工程实践中取得了良好的效果,结果对类似地层中类似工程具有一定的借鉴和参考价值。
中图分类号: TU7 文献标识码: A 文章编号:一、工程与地质概况1.1 工程概况本工程为北京地铁7号线工程广渠门内站~广渠门外站区间,本区间线路主要沿现状道路布置,呈东西走向,起点为广渠门内站,线路出站后在广渠门站后设置盾构吊出井,再沿广渠门内大街路中向东延伸,盾构区间先后下越本家润园人行天桥、京山线广渠门铁路框架桥、东护城河,旁穿领行国际地下车库、广渠门立交桥、及忠实里2栋16层楼,进入广渠门外大街,在广渠门外大街与广和里路交汇处设置广渠门外站。
左线K10+671.304~K11+705.700,长1033.057m;右线K10+670.154~K11+705.700,长1035.546m,本区间采用盾构法施工。
盾构机采用全封闭加泥式土压平衡盾构,所选择的土压平衡盾构适用于各种土层及这些土层的互层,适用范围广,采用直径6.14m 土压平衡盾构机,具有铰接装置。
面板式刀盘,开口率38%。
1.2 地质概况区间隧道覆土10~19m,隧道洞身主要穿过的地层有中粗砂层、圆砾层、砂卵石层、粉质粘土层、粉土层、细中砂层。
沿线地层条件复杂,区间隧道主要走行于渗透系数很大(约60m/d)的砂卵石地层。
区间地下水位埋深为7.00~8.60m,地下水位高程1514.90~1515.98m。
地下水主要赋存于粉土、粉质黏土及卵石土层中,属潜水类型。
该地质段的地层状况见图1。
图3 粉细砂、圆砾及卵石层地质纵断面图1 - 杂填土;2 - 粘质粉土;3 - 粉质粘土;4 - 粉细沙;5 - 中粗沙;6 - 卵石;7 - 圆砾层隧道围岩分级为Ⅵ级,土石可挖性等级为Ⅱ级,盾构掘进难度较大、施工精度不易保证。
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用
土压平衡盾构施工中渣土改良技术的应用摘要:近年来,我国的工程建设越来越多,土压平衡盾构施工越来越多,在土压平衡盾构施工中,渣土改良技术的应用越来越广泛。
渣土改良效果的优劣是土压平衡盾构能否正常掘进的重要影响因素之一,不同的渣土改良方法对盾构推力、扭矩、地表沉降控制等产生不同结果。
为了进一步提高土压平衡盾构机施工的适应性,可对其渣土改良技术开展相应的研究,本文首先分析了常用渣土改良剂及特性,其次探讨了盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况,最后就土压平衡盾构渣土改良精细化控制进行研究,以供参考。
关键词:土压平衡盾构;渣土改良;试验引言土仓内渣土改良是土压平衡盾构隧道工法的重要技术环节,渣土的改良效果直接影响着开挖面的稳定性和土仓内渣土的运输状态。
和易性是改良渣土的重要特性之一,反映了渣土自身的流动特征,改良渣土和易性差极易诱发刀盘扭矩大且磨损严重、千斤顶推力大、土体饼化堵仓、喷涌等问题,进而导致掌子面支护压力不足、甚至塌方等一系列事故。
因此,有必要针对改良渣土的和易特性及其评价指标进行深入研究。
1常用渣土改良剂及特性土压平衡盾构渣土改良所用改良剂多为泡沫、膨润土、聚合物等一种或几种材料的组合,并通过使用量的调整使盾构切削下来的渣土具有良好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩擦力。
如一般黏土地层中多使用泡沫剂、分散剂、水组合作为改良剂,砂卵石地层多使用膨润土作为改良剂,岩石地层多使用泡沫剂、水作为改良剂,富水砂、砂砾地层多使用膨润土、聚合物为改良剂。
2盾构机在砂卵石地层中掘进时可能出现的不利情况(1)当砂卵石地层处于无水状态时,由于沙粒相互咬,内部摩擦就会发生,土壤流动性差,土仓填土时,随着渣土量的增加刀盘扭矩随即增大,导致仓土排出不良,严重情况下,刀盘泥饼现象,直接影响盾构掘进。
(2)无水砂卵石地层中未改良渣土的流动塑性较差,造成掘进过程中刀盘扭矩增大,盾构机的推力也随及增大,刀盘刀具因摩擦阻力增大而产生较多的热量,从而加剧刀具的磨损,同时其磨损加剧影响着盾构机的工作性能和传动效率。
砂卵石地层盾构机刀盘故障分析及结构优化研究
在盾构前期施工过程中,经常出现刀盘卡死以及刀盘
磨损较为严重的现象,通过现场实际情况,分析造成上述 情况的主要原因如下:
一是漂卵石粒径大、含量多,地层细颗粒少。卵石粒 径、含量较大,受刀盘开口限制,卵石不能进入土仓,导 致刀盘前方阻力增大,易引发刀盘卡滞。二是长时间停机。 盾构长时间停机,造成泡沫失效渣土和易性变差,导致阻 力增大使得刀盘卡死。三是盾构掘进超方,地层变松散。 盾构掘进过程中若发生超方、土压降低、上方土体松散, 会造成上方土体塌落,大量卵石进入土仓后使得刀盘阻力 增大,导致刀盘卡死。四是渣土改良不好,土仓结饼或卵 石沉积。渣土较干时,土仓内渣土流动性不足,导致渣土 及卵石堆积,增大了刀盘转动阻力,使得推力及扭矩增大, 易导致刀盘被困,磨损情况严重。五是刀盘正滚刀质心偏 心量和倾覆力矩较大,造成滚刀磨损速率较高。
表 2 典型工况下受力变形模拟结果
仿真结果
正常工况 静启动脱困 出洞推挤工况 堵转工况
原刀盘最大应力 /MPa 优化后刀盘最大应力 /MPa 原刀盘总变形量 /mm 优化后刀盘总变形 /mm
180.7 162.9 2.124 1.692
105.3 89.8 1.958 1.648
134.4 132.4 2.037 1.523
结果影响不大的结构。刀盘材料选用 Q345C 钢,密度设置 为 7900kg/m3,弹性模量设置为 210Gpa,泊松比设置为 0.3,
屈服强度和疲劳强度分别为 345MPa 和 298.1MPa。
根据现场施工地质条件以及遇到的不确定性,将现场
施工状况分为 4 类:一是正常工况。此时刀盘将承受正面
阻力和额定扭矩。二是静启动脱困工况。此时需要以大扭
0 引言
城市富水砂卵石地层大断面泥水盾构工艺参数变化对施工成本的影响
3 随着 环境沉 降 控制 标准 的不 断 提 高 , 要风 ) 重 险部位 除要 采用超 前 注浆 或 其他 地 面措 施 外 , 必须
对盾构 掘进参 数进 行严 格 控 制 , 保 掌 子面 泥膜 的 确
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
颖 ( 96 ) 女 , 17 一 , 河南 洛 阳市 人 , 程 师 , 工 主要 从 事 施 工经 济 性 分 析 工作 ; E—m i w ny 0 @ 13 cr al agi 9 6 .o : n n
注 : 为 隧道 直 径 D
4 2 工艺参 数统 计 . 盾 构法 施工 中 , 构 掘 进 过 程 的工 艺 参 数 主 要 盾 包括盾 构掘 进 参 数 、 水 性 能 指 标 、 泥 同步 注 浆 及 二 次注浆 相 关 参 数 , 差 异 主 要 出 现 在 不 同 隧 道 埋 其
1 8 中国 工程 科 学 o
形成 速度及 质 量 、 同步 注 浆 压 力 和 注 浆 量 , 时 进 及 行 二 次注浆 和 二 次 加 强 注 浆 , 要 加 强 监 控 量 测 , 也 根据监测 信 息 的变 化不 断优化 各 项掘进 指标 。
4 1 工 程段 落划分 . 根据 工程 地 质 、 道 埋 深 、 隧 环境 控 制 标 准 等 工
城 市富 水砂 卵石 地层 大断 面泥水 盾构 工 艺参 数 变化对 施 工成 本 的影 响
王 颖
( 中铁 隧 道 集 团北 京 地 下 直径 线 项 目部 , 京 10 4 ) 北 00 5
[ 摘要] 以北京铁路地下直径线盾构隧道施工为例 , 介绍 了不 同工程地 质及施工边 界条件变化时 的工 艺参 数选择原则 , 并通过对工艺参数调整时的施工效率 、 机具材料 消耗统计 , 分析 了成本的差 异及变化 。 [ 关键词 ] 盾构施工 ; 工艺参数 ; 经济分析 [ 中图分类号 ] U 5 [ 4 5 文献标识码 】 A [ 文章编号] 10 0 9—14 (0 0 1 0 0 0 7 2 2 1 )2— 18— 5
富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施
富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施
1.土层的物理特性
富水砂卵石地层的物理特性较为复杂,控制困难。
在施工前,需要对
土层进行详细的调查和分析,确定土层的厚度、颗粒大小和含水量等参数,为后续的施工做好准备。
在施工过程中,可以采用增加切割刀盘的数量和
规格、提高推进速度等方法,增强盾构机的推进力,提高施工效率。
2.地下水环境
由于富水砂卵石地层中含有大量的地下水,施工时需要进行有效的水
阻控制。
首先,需要进行地下水位的监测和测量,了解地下水的流动方向
和流速,以便合理设计降水井和排水系统。
其次,在施工前需要进行预排
水措施,将地下水降低到可控制的范围内。
在盾构施工过程中,可以采取
封顶法和预注浆法等措施,有效控制地下水位,减小土体的稳定性变化。
3.地层变形和控制方法
富水砂卵石地层的变形较大,在施工过程中需要注意地层的变形和沉
降情况,及时采取控制措施。
首先,需要进行地层的预测和分析,确定地
层的稳定性和变形特点。
在盾构机的设计中,可以采用强化盾构机结构、
增加刀盘的切割能力、减小切割面积等措施,降低地层的变形。
其次,要
加强地层监测和监控,及时掌握地层变形的情况,调整施工参数,保持施
工的稳定性。
总而言之,富水砂卵石地层中盾构施工的控制难点及措施主要涉及土
层的物理特性、地下水环境、地层变形和控制方法等方面。
针对不同的难点,可以采取相应的措施,加强施工前的调查和分析,进行地下水位的监
测和控制,加强地层变形的预测和监测等,以确保盾构施工的安全和稳定性。
盾构掘进过程中粒径卵石和漂石的处理措施
4.3 大粒径卵石和漂石的处理处理措施大漂石通常是指粒径大于200mm的大石块,通常赋存在砂卵石地层或其他土层中,其空间分布具有较大的随机性,很难找到规律,由于钻探布孔密度的原因,地质勘察时不易被发现,给盾构施工造成极大困难。
其影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难;刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低,引起刀盘变形;刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏;大漂石无法破碎,导致盾构掘进受阻或偏离线路。
尽管用盘形滚刀破碎大漂石常常是非常有效的方法,但在某些地质条件下隧道中的大漂石不能被破碎,必须采取其他方式进行处理,这就需要对大漂石所存在的地质状况进行研究,以便列大漂石进行预测,从而提高隧道的开挖效率。
4.3.1 大漂石破碎原理在滚刀破碎卵石的过程中,以其通过线为起点,逐渐产生拉伸力,从而将卵石破碎。
如果是较小的卵石,破碎过程就如用钢钎打人一样。
大直径卵石从表面出现细小的剥落开始,然后逐渐累积,根据切割连带效果和滚刀的连续运转带来的冲击,以刀尖为起点开始出现裂痕,最后实现破碎,见图4-03.图4-03大漂石破碎示意图4.3.2 大漂石对盾构选型的影响盾构穿越砂卵石地层时,刀具磨耗和大漂石的排出是影响盾构掘进的两个主要问题。
刀具磨耗通常通过提高刀具耐磨性和掘进过程中的换刀来解决。
大漂石的排出问题比较复杂,处理方式因地质条件、盾构的类型,以及刀盘和出渣装置的结构和形式而有所不同。
一般对于最大卵石直径不超过200mm的砂卵石地层,可采用常规排除方式,即要求在盾构选型和刀盘设计时,按可能通过的最大卵石直径确定刀盘开口率和开口宽度,并配备与上述卵石直径条件相适应的螺旋输送机排出大卵石。
对开挖坚实稳定的地层可考虑采用轮辐式刀盘。
当最大卵石直径超过200mm时(即为大漂石),如果采用常规排除方式就必须增大刀盘开口,增大螺旋输送机的直径。
这一方面会因刀盘开口增大影响开挖面稳定,另一方面也会因增大螺旋输送机直径引起排渣装置成本增加,并造成盾构空间布置困难。
砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术探讨
砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术探讨摘要:目前在地铁工程的建设过程中,大多采用盾构施工技术,通过盾构机的应用实现对相关区域地质的掘进。
本位依托成都地铁5号线砂卵石地层工程实践案例,通过对砂卵石地层地铁盾构施工沉降的原因进行阐述,分析砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术的要点,从而探讨加强沉降处理的措施。
关键词:砂卵石地层;盾构施工;沉降处理;引言盾构施工主要是通过盾构机设备进行隧道挖掘的过程。
对于城市地铁的建设来说,它需要根据不同的地质情况,加强盾构机选型及施工方案设计,避免施工中出现质量及安全问题。
在成都,砂卵石地层是一种常见的地质类型,具有较强的不稳定性,由于地层颗粒凝聚力很小,在刀盘旋转切削地层时,很容易破坏原来相对稳定平衡的地层而产生地面沉降和失稳现象。
针对砂卵石地层盾构施工中存在的沉降问题,需要第一时间采取有效的措施处理,否则极有可能马上会面临地面坍塌。
1、工程概况成都地铁5号线土建3标含3站4区间,区间单向长度约1800m,隧道拱顶覆土厚度为9.9~19.35m,主要穿越中密卵石及稠密卵石地层。
地质总结为高富水、大粒径、高强度、低粘聚力、自稳性差,是盾构施工难度最大的地层。
2、砂卵石地层盾构施工沉降的原因分析2.1地质环境问题在砂卵石地层地铁盾构施工技术的应用过程中,沉降的主要原因是由于地质环境方面的问题。
首先,从盾构施工技术的特点来看,它需要在地层中进行掘进工作,并且沿着设计轴线方向对地层进行挖掘,它对于地质环境的稳定性有着较高的要求。
针对砂卵石地层来说,它是由不同粒径的卵石颗粒所构成的地质形态,自稳性差,离散性大,基本没有粘聚力,在盾构施工的外力扰动作用下就会发生不规则沉降等问题。
另一方面来说,砂卵石层具有较强的透水性,在地铁盾构施工技术的应用中,它可能会造成地下水位与砂卵石的密切接触,从而对砂卵石地层的稳定性以及整体结构造成不利的影响,在这种情况下加大了沉降问题的发生,严重时甚至会产生坍塌现象。
富水砂卵石地层泥水盾构施工地层变形规律
富水砂卵石地层泥水盾构施工地层变形规律
富水砂卵石地层是一种具有较强的渗透性和不稳定性的地层,泥水盾构在这种地层中的施工会引起地层变形,主要表现为隧道周围土体的沉降和变形。
在富水砂卵石地层中进行泥水盾构施工时,隧道周围土体会受到挤压和移动的影响,导致土体的沉降和变形。
根据研究,这种地层的变形规律主要包括三个阶段:初期沉降阶段、稳定沉降阶段和后期沉降阶段。
初期沉降阶段:泥水盾构进入地下后,由于施工挤压作用,隧道周围土体会产生较明显的沉降和变形。
在这个阶段,隧道周围土体受到较大的应力影响,土体颗粒之间的间隙逐渐减小,导致地层的压缩变形。
稳定沉降阶段:随着泥水盾构施工的进行,土体的应力逐渐趋于平衡状态,土体的沉降和变形速度逐渐减缓并趋于稳定。
在这个阶段,土体的变形主要表现为土体的侧向位移和土体中心的沉降。
后期沉降阶段:当泥水盾构施工完成后,土体的沉降和变形仍会持续一段时间。
在这个阶段,土体的压缩变形逐渐趋于饱和状态,土体的沉降速度逐渐减缓并趋于稳定。
此时,土体的变形主要表现为土体的沉降。
总之,泥水盾构施工在富水砂卵石地层中会引起地层的变形,而这种地层的变形
规律主要包括初期沉降阶段、稳定沉降阶段和后期沉降阶段。
这些规律需要在施工中得到重视,以保证隧道建设的安全和稳定。
富水砂卵石地层盾构掘进参数的分析优化
图1掘进参数统计图
推力
50000 r 45000 :F■•■■•■•■■• ■•■•■ 40000 \— 3ME*— 30000細:汽禺:* 25000(—
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ห้องสมุดไป่ตู้
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本区间沿线地下水位埋深约5. 33m,平均地下 水静止水位高程约509. 95mo地下水主要为砂土、 卵石土中赋存的孔隙潜水,水量较大。
作者简介:雷博超(1993—),男,陕西省洛川县人,本科,助
理工程师。研究方向:盾构施工技术。程鹏飞
(1992-),男,陕西省晋城市人,本科,工程师(学 ±) o研究方向:盾构施工技术。
区间隧道在 CDK2 + 543. 035 〜CDK2 + 524. 635, RDK2+414. 819 〜RDK2 + 396. 519 段下穿白 河,埋深约13. 8m,河道上口宽10. 5,下口宽6. 6m,河床深3. Im,河底至隧道顶部10. 709m,穿 越时水深lm,水流自北向南,水流平缓。隧道底位 于V 3-8-3>密实卵石土地层。
盾构区间穿越地层以<3 -8 - 3 >密实卵石土层 及V 3-8-2 >中密卵石土层为主,卵石含量约占 50%〜70%,粒径一般2cm〜20cm,以细、中砂充 填,局部地段含漂石,漂石粒径大于200mm,卵石土 分选性及均一性差,抗压强度高,自稳性较差,渗透 系数大,透水性强,富水性良好。 1. 3水文条件
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浅谈砂卵石地层盾构施工技术
浅谈盾构法隧道施工技术应用措施摘要:本文笔者结合工程实例,介绍其设计和施工要点、土压平衡盾构技术、盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算、盾构刀具与欠压推进处理技术等。
关键词:地铁工程,隧道施工,砂卵石地层,盾构法1引言砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,在无水状态下,颗粒之间点对点传力,地层反应灵敏,刀盘旋转切削时,刀盘与卵石层接触压力不等,导致刀头震动,在顶进力作用下易产生坍塌,引起围岩扰动和地层变形。
当围岩中的砾卵石越多、粒径越大时,扰动就越大;当隧道顶部大块卵石剥落时,极易引起上覆地层的突然沉陷。
2工程概况广州市轨道交通三号线北延段施工区间2标盾构工程位于广州市白云山东侧,线路从春兰花园(南方医院站南端)向南沿广州大道北路行进,区间中部穿越梅宾街私人住宅楼群,到达怡新花园大门(梅花园站北端);区间起止里程为Y(Z)DK-3-725.600~Y(Z)DK-2-544.300,右线隧道全长1181.3m,隧道埋深约20~26m,最大纵坡6‰。
3砂卵石地层盾构施工难点3.1隧道开挖面稳定性控制问题在砂卵石地层未受扰动情况下,土层颗粒倚靠直角的摩擦咬合作用维持区域土体稳定,盾构在砂卵石地层掘进过程中若开挖面压力不足,或大块卵石并排排出时,或螺旋输送机的排土量大于刀盘切削土量,在刀盘前上方会产生较大的空洞区域,卵石或砾石将相继松动,快速在开挖面上方引起较大的塌落区,继而使得上覆砂性土和粘性土层产生的松动范围加大,在隧道上方土层较薄处将引起较大的地表沉降。
如果上覆土体的抗剪强度较低,还会引起空区上方土体突然冒落,产生砂卵石地层盾构隧道开挖面失稳现象。
3.2盾构机密封舱土压平衡问题盾构机密封舱内建立土压平衡比较困难,甚至实现不了土压平衡的功能,因为,砂卵石地层易坍塌,不易保持开挖面的稳定;大粒径砂卵石不但切削或破碎难,而且切削下来的碴土经螺旋输送机向外排出也十分困难。
砂卵石处于密封舱内,螺旋输送机内以及盾构周围,对盾构机的扰动,振动很大,不利于掘进参数的调整,包括推进千斤顶的压力,螺旋输送机的转速及排土门的开度,盾构机位置及姿态控制等。
富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施
较快 , 在失水性 致密砂卵石地层( 3 - 8 — 4 ) 中表现尤为突出。 通过
石层与泥岩复合地层等 。卵石地层 中的卵石含量 5 0 %一 8 5 %,
卵石粒径从 2 c m~ 1 5 e m, 局部含 漂石 , 粒径达 2 0 e m, 充填物为砾 石、 细砂或 中砂 ; 卵石 地层 富水 时 自稳差 , 但失水后具有一定 自 岩 稳性 。 全强风化泥岩( 5 - 2 、 5 - 3 ) 呈半 岩半土 、 碎块状 , 软硬不均 , 成都位于岷江水 系冲洪积 区 ,根据 区域水文地质 资料 , 区
1 成 都地 铁 主 要地 质 简 况
成 都盾 构 隧道 穿越 的地 层 主要有 粉 土 、细砂 、卵石 土 ( 2 — 8 ) 、 密度不一 的卵石层( 3 — 8 ) 和风化泥岩( 5 - 2 、 5 - 3 ) , 以及 卵
在, 盾构掘进扰动时容易 出现地表异常沉降或地层坍 陷。刀盘 刀具 以冲击剥离或刮切方 式使卵石层 掉落 ,刀盘 切削力矩很 大, 对于密实度不 同的地层 , 随着贯人度的加大 , 切削扭矩 上升
2 0 1 4年第 1期( 总1 9 Fra bibliotek期 ) 安
徽
建
筑
富水砂 卵石地层地铁 隧道盾构 施工 问题 与处置措施
Qu e s t i o n s o n Co n s t r u c t i o n wi t h Sh i e l d o f Me t r o Tu n n e I o f Wa t e r - Ri c h Co b b l e Gr o u n d a n d i t s Tr e a t me n t
成都地铁砂卵石地层盾构施工风险分析
随着城市化进程的加快和城市交通量急剧增长,发展城市地铁已成为必然的选择。
因其自身的优势,盾构法施工在城市地铁隧道建设中正扮演越来越重要的角色。
我国上海、广州、北京等城市已经采用盾构法成功实施了不少工程。
成都的地质情况与上述城市截然不同,成都地铁施工具有独特的“三高”特点,即地层具有高富水及砂卵石含量高、卵石和漂石强度高的特点。
这种不良地质条件增大了盾构施工难度。
因此,加强盾构施工技术风险分析并找出相应的对策是极其必要的。
本文以成都地铁某盾构区间隧道为例,对施工中存在的风险进行辨识,并提出相应的控制措施,以确保盾构在富水砂卵石地质条件下的顺利掘进。
1 工程概况成都地铁某盾构区间隧道最大埋深13.5 m,最小坡度2‰,最大坡度26.99‰,左右线间距13~13.5m,最小曲线半径400 m。
隧道穿越的地层主要为卵石土层,含夹薄层粉细砂透镜体, 20~200 mm卵石含量约占55.0% ~75.4%,粒径一般以30~70mm为主,部分粒径80~120mm;填充物以细砂、中砂为主,夹少量黏性土及砾石,含量约为10.0% ~25.0%;漂石含量一般为5% ~10%,随机分布,地勘揭露漂石最大粒径为340 mm。
卵石单轴极限抗压强度为90.9~91.7 MPa,漂石单轴极限抗压强度为88.6~95.3MPa。
地下水系为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两种类型。
孔隙潜水主要埋藏于砂卵石土层中,渗透系数k=20.0 m/d,为强透水层。
地下水位埋藏较浅,丰水期地下水位正常埋深约为3 m,成都充沛的降雨量是地下水的重要补给源之一。
基岩裂隙水主要赋存于泥岩强风化裂隙带中,透水性较差。
隧道下穿南河与滨江路下穿隧道,并近距离水平穿越锦江大桥与开行大厦(26层)。
地层“三高”特点及沿线建(构)筑物,对隧道掘进主要有以下几个方面的影响。
(1)隧道围岩均为卵石土夹透镜体砂层,自稳能力差,透水性强,地下水位较高,水量十分丰富。
区间隧道盾构施工,开挖面容易产生涌水、涌砂,造成细颗粒物质大量流失,引起开挖面失稳、地面沉降甚至塌陷。
盾构在砂卵石地层中掘进应用土体改良的技术
立 , 致 盾构 在 掘进 过 程 中超 挖 , 重 影 响 隧 道 沿 线 周 边 环 境 及 施 工进 度 。该 文 重 点 介绍 了成 都 地 铁 1号 线 盾 构 1标 区 间 隧道 施 以 严
为 1. /, 63 m d 为强透 水层 。 2
() 盾 构掘进 通 过局 部饱 和砂 卵石 土体 时 , 2在 螺
旋 机 出 口容 易 出现涌水 现 象 ,大粒径 的卵 石不 能被
带 出而沉积 在 土舱 内 ,大 颗粒 卵石 堆积产 生 骨架效
2 砂 卵 石 土 体 的 改 良
21 土体 改 良的重 要性 .
中图 分 类 号 : 4 5 3 U 5. 4 文献 标 识 码 : B 文 章 编 号 :O 9 7 1 ( 0 2 0 — 3 1 0 1o — 76 2 1 )6 05 - 4
1 成 都 地 铁 1 线 盾 构 1 区 间隧 道 沿 线 地 号 标
径流 的渗 透 冲刷下 等 ) ,才 出现地 面塌 陷 的情 况 , 严
骨架 效应 的形 成 , 因此 , 必须采 取 相应 的 上体 改 良措
施, 减少 或杜 绝超挖 , 保隧 沿 线地 面及周 边环 境 确
的安 全 。 22 土体 改 良前存 在 的问题 .
米) 盾构施工穿越的土层主要为③ 和④ 卵石土 , 局
部穿越③ 粉细砂、 ② 中密卵石土。盾构上覆土层
21 年 6 02 月第 6 期
城 市道 桥 与 防 洪
基于砂卵石层的盾构施工技术
【 摘 要】在进行隧道盾构施工时, 砂卵石层 由于其地质的特 殊性,致使盾构掘进 存在着较 大的困难和风 险。本文根据 砂卵石的两种类型,无水砂卵石和 富水砂卵石 ,均对盾构 施工给造成的影响及解决措施进行分析,望能给 同行借鉴、
参考。
形式有两种 :其一 ,石英砂对 刀具的磨损;其二,
约为 1 . 4的膨润土浆液 ,在使用之前必须将其经过 2 4 h的膨化才能够使用 。同时,在掘进时必须时刻 注意出土情况 ,若 出土稍有不畅便立刻加大膨润土
的 注 入量 ,通 常情 况 下 为 1 0 0 1 / m i n ,特 殊 情 况 下可 以加 大 为 2 0 0  ̄3 0 0 i / m i n 。
r uc t i o n
行土体改 良的措施 。具体 的过程为:不再采用单纯 随着城 市化进程 的加快 ,越来越多 的人们到城
市 居 住 , 导致 城 市 的交 通 拥 堵 越 来 越 严 重 , 给 人 们
4 .对掘进速度造成的影响及解 决措施
由于对 盾 构 机 的刀 盘 、 刀 具 、 土压 力 等 造 成 影
过 程 中 ,为 了保 证 出土 的 顺 畅 ,可 以采 取 向开 挖 面 注 入 添加 剂 以便 增 加 流 塑 性 。通 常 情 况 下 采 用 密 度
砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术分析
砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术分析摘要:地铁作为城市重要的轨道交通,为城市融合发展营造了诸多便利,并成为大中城市重要的出行方式。
地铁因其自身的高承载能力,有效地缓解了城市交通拥堵状态。
新时期,各大城市逐步加大了地铁工程建设力度。
在地铁工程施工中,往往会遇到一些砂卵石地层。
一旦施工不当,极易出现地铁盾构施工沉降问题。
采用科学合理的沉降处理技术,方可以从整体上解决地铁盾构施工沉降问题,并大幅度提高地铁工程建设成效。
本文结合工作实践,提出了几点施工沉降处理技术要点。
以供参考。
关键词:砂卵石地层;地铁盾构;施工沉降;处理技术我国城市轨道交通建设起步时间较晚,仍然有着较为广阔的发展空间。
且从未来发展趋势来看,多数大中型城市将地铁工程纳入到城市规划中,以期更好地缓解城市交通运输压力。
在实际发展中,因地下空间缺乏完善的预留地铁实施条件,致使地下施工过程中,难免会与其他建筑物间的距离较近。
一旦缺乏强有力的管控或者未采用合理的保护措施,极易影响到地铁工程或者相关建筑结构的安全性与稳定性。
因此,科学合理采用盾构掘进施工工艺,从整体上提高了地铁工程施工质量与效率。
在复杂的砂卵石地层,如何科学合理地采用地铁盾构施工技术,并有效防范沉降问题,就显得尤为重要。
1砂卵石地层地铁盾构施工沉降的引发因素1.1地质因素砂卵石地层的稳定性较差,且具有着强透水、大漂石等诸多劣势。
一旦施工操作不当,极易出现坍塌事故。
在现实中,有些地铁线路位于地下水以下,在掘进工程施工中往往会出现喷涌现象。
亦或者,大飘石含量过高时,掘进过程中,刀盘和螺旋往往会出现卡顿现象,致使施工出现坍塌问题,并拖慢了施工进度。
1.2施工方因素施工团队的综合素养直接影响到地铁盾构施工成效。
因施工方引起的施工沉降问题,主要表现为以下几个方面。
首先,在砂卵石地层施工时,施工方在停机、交接班等情况下,因掌子面惰性浆液保压不当,或者复推不当引起刀盘卡顿,超方引起坍塌等。
其次,在盾构掘进施工中,因同步注浆量较少,凝结时间不足等,满足不了掘进施工所需。
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DN200上水标高44.03
36*24电信标高45.08 K45 45.87
DN300污水标高44.09
K46 45.60
43.87
o1 1
41.67
40.77 40.27
FX
36.86 35.77
34.27
ZC 32.17 31.57 30.77
o3 1
o4
27.17
39.90 39.30 38.60
图2.4 掘进时间图
2.4 刀具磨损状况
外周边刀已 完全磨损
第一排齿刀 (切削刀) 严重磨损
刀具磨 损状况
2.5 刀具磨损系数及分析
刀具的磨损系数采用公式:K=δ/L计算
代入量测数据经计算得磨损系数:k=0.491mm/km
如此高的磨损系数,如不想办法降低,土压平衡盾构在北京砂 卵石地层将无法施工。
=26 N 63.5 =18
23.69
21.69
=37
N 63.5 =60
19.39
N (63.5) =29
26.62
o4 3
24.02 22.42 /23.00
o ZC 6
o7 2
=31
o7
=38 15.49 /30.00
41.05 40.55
N 63.5 =11
39.05 =21
37.05 =30
(1)地质情况特殊,刀盘 大部分处于圆砾层中
(2)添加剂的
(3)盾构刀盘面板
效果不佳 产生这么大的磨损,原因?
形式的选择不当
面板式,开口率小, 砂卵石地层流塑性差, 很易造成刀盘排土不 畅
45.05
o1 1
DN500污水标高42.08 DN400上水标高43.86 K52 44.89
43.99
K53 44.66
42.96
41.05
o2
39.35
o2 3
36.35
o3 3
34.45 33.95
o3 1
31.15
o2 1
41.09
40.19 39.79 39.39
=20
41.02 39.02
=21
36.48 =24
35.29 34.99
=33
=45
37.41
34.32 33.22
31.59
N (63.5) =32
30.82 (=) 99.7.23
31.02
o2 2
ZC
o4
26.95
o5 2 o5 1
22.05 21.35 20.55 /25.00
o5 o6
ZC
=35
26.99 26.29 25.69
北京地铁盾构刀具磨损分析研究
北京地铁盾构刀具磨损分析研究
第一章 绪论 第二章 砂卵石地层刀具磨损案例分析 第三章 砂卵石地层盾构刀具减磨损技术
—选择合理的刀盘形式、刀具参数及刀具配置 第四章 砂卵石地层盾构刀具减磨技术
—土性改良 第五章 改良后砂卵石地层刀具磨损现场量测与分析 第六章 建议
第一章 绪 论
35.25
=31
o3 1
31.45
=49
o2 o3 o3 3
N (63.5) =44 28.25 =56
o4
27.05
=50
25.45
o5
23.75
N 63.5 =34
=31
o5
21.05 N (63.5) =32
19.05
=41
=55
15.25 /30.00
41.35 40.05
o2 3
38.55 37.65
=28
31.56 30.36 29.06
26.99 26.19
24.79
25.76 25.06
22.09 18.39
21.66 ZC
20.16 /24.50
14.89 /30.00
K54 44.82
K55 44.48
o1 1 o1
40.82
o2
39.32
N 63.5 =30
o4 2 o4
o5
=28
35.82 =30
35.06 33.95 32.95 31.75
26.45 25.85
24.85
o5 2
20.65 19.55 /25.50
o7
40.89
40.86
39.19 38.79 38.39
N 63.5 =17
38.76
=21
=23
34.79 =33
34.66 34.26
o3
=43
30.89
N (63.5) =30 30.16 (=) 99.7.21
接近顶峰,只好降低速度,
6000
缓慢推进
4000
2000
0
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
图2.3 推力变化图
250 推进时间曲线
200
288环时推进 时间剧增 无法掘进
推进时间(min)
150
100500环号273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288
地面,45.55
41.05 39.35 36.35 34.45
33.95 31.15
26.95
粘质 粉土 素填土
粘质 粉土 砂质 粉土
粉细 砂层 粉质粘 土及 粘质粉 土 粉细 砂层 中粗 砂
刀盘
圆砾 层
22.05
粉质 粘土及 重粉 质粘土
盾构机所在位置地质横断面 (k9+124.52)
图2.2 盾构刀盘所在位置断面图
1.2 本课题所依托工程的工程背景
本课题主要以北京地铁四号线14标段和五号线17、18标段的土压平 衡盾构施工为背景。
1.2.1 北京地铁四号线14标段工程概况
该标段包括两站三区间及双榆树站的一部分, “三区间”动物 园站~白石桥站区间、白石桥站~学院南路站区间、学院南路站~双榆 树站区间。均采用盾构法施工。盾构机选用辐条式土压平衡盾构,直径 为6m。三个盾构区间大部分为大面积砂卵石地层,粒径最大达200mm 以上。特别是动物园站~白石桥站和白石桥站~学院南路站区间几乎都 为全断面砂卵石地层。
K47 45.55
DN200上水标高43.64
DN300污水标高42.86 K48
45.49
DN200上水标高44.3
DN600污水标高43.6 K49
45.42
44.75
o1
44.39 N 63.5 =15
44.22
K50 45.25
DN150上水标高44.35
DN400污水标高42.27 K51
●Teale于1963年对各种刀具(刀刃角分别为60º、90º、120º)进行了试验观 察,发现刀刃越尖,侧向荷载越高,易导致刀具的晃动,原因是刀具刚度不 足,不能提供足够的侧向抗力。因此,刀刃角不宜太小,一般为90º。 ●关于盾构模型实验方面,国外美国、日本、欧洲等进行了许多研究,国内 上海隧道施工技术研究所和同济大学也进行了一些研究,但针对刀具磨损的 实验极少。
1.1 前言
●北京地铁工程将日益增多。近期的五号线、四号线、十号 线(含奥运支线),盾构隧道占线路总长的40%。其中约 有10km以上盾构施工处于大面积砂卵石地层中。
●正在筹划开工的九号线等也都将会遇到大面积砂卵石地层。
在国际上也还没有一个较好的定量评价砂卵石地层盾构掘 进刀具磨损的成果。
盾构在大面积砂卵石地层中掘进时刀具磨损极为严重,这不但大 大影响了盾构机的使用寿命,更重要的是常常使盾构施工无法进行。 被迫开舱换刀时很又很可能引起开挖面坍塌,给整个工程的工期、 造价带来严重的影响,甚至威胁人的生命。北京地铁某标段在砂卵 石地层施工中,竟然在掘进才200多环,刀具几乎磨损所剩无几, 无法掘进。北京地层条件下进行地铁盾构施工,特别是在大面积砂 卵石地层条件下用盾构施工,在国内外是罕见的,或者说是没有的。 由上述的“课题的国内外现状”也可看出,国内外对盾构刀具磨损 的研究为数不多,特别是对盾构在大面积砂卵石地层掘进时刀具磨 损的研究极为少见。因此,研究如何减少砂卵石地层刀具磨损,探 明砂卵石地层不换刀可能掘进的最长距离很有意义。它不但为今后 的北京地铁建设以及其它类似工程提供服务。而且也可以填补一项 盾构在大面积,长距离砂卵石中施工的空白,本课题的研究势在必 行。
1.3 课题的国内外研究现状
针对砂卵石地层土压平衡盾构刀具磨损的研究国内外现在还很少。但在刀 具磨损的理论和模型实验研究方面国内外学者已经做了一些研究工作,主要有:
●盾构刀盘外圈刀具的磨损量的计算可用下述公式 δ=K·L 式中:δ——磨耗量(mm); K——磨耗系数(mm/km); L——切削轨迹长
2.3 停机前的掘进参数及其他特征
(1)刀盘扭矩值一直居高不下,而且波动幅度较小。 (2)刀盘过载频繁,扭矩过大。 (3) 推进时间延长,泡沫和膨润土用量增大,渣土含水 量增大。 (4) 千斤顶推力增大。 (5) 排出渣土变热。 (6) 至289环时推进时,刀盘扭矩急剧上升无法继续推 进。具体情况见表2.1及下图所示。
盾构所经地 层的砂卵石
图1.1 14标段砂卵石
粒径超过200mm
图1.2 14标段大粒径砂卵石
1.2.2 五号线18标段工程概况
本区间采用盾构法施工。盾构机选用辐条式土压平衡盾构, 直径为6m。盾构所在地层多为砂砾、卵石地层。
图1.3 五号线18标段工程地质概况 图中①为人工填土层;⑥为粘质粉土砂质粉土层;③为粘质粉土砂质 粉土层;⑦为中粗砂层;⑤为圆砾层;⑧为卵石层。