富水砂层地质条件下小半径曲线盾构控制技术研究

作     者：万雨双 

作者单位：中国铁道科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：谭万忠

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：富水砂层 小半径曲线 盾构机 适应性 掘进参数 姿态控制 

摘      要：本文以某市一地铁区间右线小半径曲线段盾构工程为例,结合富水砂层地质条件和小半径曲线盾构掘进控制特点,从“盾构机选型适应性、“盾构机掘进关键参数设置及相关性和“盾构机姿态控制及纠偏措施三个方面进行了研究,并依据工程实际数据对相关问题进行了具体分析与研究,主要研究内容及结论如下:1、盾构机选型适应性分析与研究。根据地层渗透系数、水压力和颗粒级配等主要影响因素研究适用于富水砂层地质条件小半径曲线盾构施工时的盾构机最优类型;分析了盾构机刀盘系统、盾体设置和辅助系统参数选取时应考虑的因素;在此基础上,进一步阐述了小半径曲线施工时盾构机转弯环管片参数的选取依据。研究表明,当河涌水位与地下水位相当且河涌水与地下水存在紧密联系的富水砂层时应优先选用泥水平衡盾构机,适当加大长大区间含黏土地层盾构机刀盘开口率具有比较好的工程适应性,通过确定转弯环楔形量可以更好地实现隧道曲线的拟合效果。2、盾构机掘进关键参数设置及相关性研究。通过对泥水平衡盾构机在富水砂层小半径曲线段的盾构推力、掘进速度、刀盘扭矩、刀盘转速、贯入度和注浆量等6个关键参数的实控数据进行统计分析,并对关键掘进参数之间的相关性进行研究,给出了关键掘进参数的配置与建议。研究表明,泥水平衡盾构机“比扭矩与比推力呈现出比较强的正比例线性相关关系,“掘进速度和比推力呈现出比较强的负比例线性相关关系。3、盾构机姿态控制及纠偏措施研究。结合地铁小半径曲线的确定依据和盾构机铰接机构的设置标准阐明了盾构机在富水砂层中小半径曲线段的控制条件;从盾构机主要控制措施、推进及铰接千斤顶的使用和铰接保压保密封三个方面对盾构机姿态控制技术措施进行深入研究,提出了以保压保密封为前提,按照“调伸缩、勤测量、小纠偏、控速度、短行程、多循环的十八字方针进行施工控制的原则和方法,能使盾构机姿态得到较好的稳定状态。在此基础上,通过对盾构机姿态纠偏措施进行理论分析和案例应用研究,给出了盾构机在曲线掘进中姿态偏差的两个判定指标以及盾构机纠偏趋势与设计轴线的函数关系。本文的研究内容和成果可为富水砂层泥水平衡盾构机在小半径曲线段掘进参数的选取和施工控制提供一定的指导作用,对相关富水砂层和小半径曲线工程具有较强的参考价值和现实意义。