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砂卵石地层土压平衡盾构施工渣土改良试验

同济大学学报（自然科学版） 2019年第5期47卷 673-680页

作者：张润来宫全美周顺华钟毅同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804

砂卵石地层土压平衡盾构施工时需进行渣土改良,提高渣土的流塑性.针对成都砂卵石地层采用泡沫、膨润土和聚合物进行改良,进行室内塌落度试验、搅拌试验和泥浆黏度试验来确定配比.研究结果表明,钠基膨润土比钙基膨润土具有更好的膨化能力... 详细信息

砂卵石地层土压平衡盾构施工时需进行渣土改良,提高渣土的流塑性.针对成都砂卵石地层采用泡沫、膨润土和聚合物进行改良,进行室内塌落度试验、搅拌试验和泥浆黏度试验来确定配比.研究结果表明,钠基膨润土比钙基膨润土具有更好的膨化能力,且不发生分层,更适用于渣土改良.案例中膨润土单独改良的合理配比为泥浆质量分数14.3%,注入量体积比20%.泡沫改良时注入率受渣土含水率影响较大,土体含水率越大,泡沫最佳注入率越小.泡沫加膨润土共同改良比两者单独改良效果要好,选择泡剂质量分数为3%、泥浆质量分数为14.3%,添加量在某一个范围,有多种组合都可以满足要求;当泥浆注入量体积比为12%时,泡沫最优注入量体积比为15%～20%;当泥浆注入量体积比为6%,泡沫最优注入量体积比为30%～35%.当地下水丰富时,需要添加聚合物;正常情况下也可降低膨润土泥浆浓度,添加聚合物,来节省膨润土用量,从而降低工程成本.

关键词：砂卵石地层盾构渣土改良

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砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

铁道工程学报 2024年第4期41卷 68-74页

作者：戴志仁胡瑞青王泽宇杨晓华中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043 江苏海洋大学连云港222005 长安大学西安710064

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直... 详细信息

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

关键词：砂卵石地层管棚直径环向间距支护长度地表沉降

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砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

土木建筑与环境工程 2012年第6期34卷 89-96页

作者：白永学漆泰岳吴占瑞西南交通大学土木工程学院成都610031

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标... 详细信息

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明:1)开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2)当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3)开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。

关键词：砂卵石地层颗粒离散元开挖面稳定性土拱效应

砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究

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中国铁道科学 2013年第4期34卷 40-45页

作者：江华张晋勋苏艺江玉生杨志勇北京城建集团有限责任公司博士后工作站北京100088 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 北京市轨道交通建设管理有限公司北京100037

盾构机在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时,由于土体塑流性差,土体在土舱内无法及时排出,时常出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,推进速度极其缓慢等现象;由于土舱内土体颗粒间力的传递是点对点,使支护压力不能有效施加到开挖面上... 详细信息

盾构机在卵石含量高、粒径大的砂卵石地层中掘进时,由于土体塑流性差,土体在土舱内无法及时排出,时常出现盾构推力、刀盘扭矩异常增大,推进速度极其缓慢等现象;由于土舱内土体颗粒间力的传递是点对点,使支护压力不能有效施加到开挖面上,极易出现地表沉降超限、塌方等事故。为此,以北京地铁9号线盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究。试验结果表明:采用泡沫+膨润土作为土体改良剂对砂卵石地层土体进行改良是可行的;在土体改良过程中应根据出土量、土压力、盾构推力及刀盘扭矩等参数的控制情况,及时调整土体改良剂的注入时间、注入量等参数;在确保盾构出土量可控的前提下,采用满舱欠压掘进模式可以提高砂卵石地层盾构掘进的效率。

关键词：盾构隧道砂卵石地层土体改良掘进模式

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砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定性理论分析

同济大学学报（自然科学版） 2023年第9期51卷 1362-1371页

作者：王立新胡瑞青任超张才飞张俊元姜寅刘畅中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043 陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院) 陕西西安710043 长安大学公路学院陕西西安710064

盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时,由于砂卵石的地层特性及施工扰动,隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力,结合砂卵石地层的掌子面失稳模式,在三维Murayama模型的基础上,将掌子面前方... 详细信息

盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时,由于砂卵石的地层特性及施工扰动,隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力,结合砂卵石地层的掌子面失稳模式,在三维Murayama模型的基础上,将掌子面前方土体的滑动面形式假设为对数螺旋滑移线,结合上部松动区域的破坏机制,引入椭球体放矿理论,对传统的棱柱体筒仓模型进行改进,进一步通过极限平衡法推导出砂卵石地层的掌子面极限支护力求解公式;最后通过离散元数值模拟验证所推公式,两者的误差为3.1%。结果表明所得公式可对砂卵石地层的掌子面极限支护力进行较为精确的求解。研究成果以期为砂卵石地层掌子面极限支护力计算理论提供依据。

关键词：盾构隧道砂卵石地层掌子面稳定性理论分析极限平衡法

砂卵石地层非对称连拱隧道结构受力模型试验研究

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土木工程学报 2017年第4期50卷 116-124页

作者：何珺张成平杨公标王梦恕北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对砂卵石地层特性配制了围岩相似材料,利用自主研发的大型平面模型试验台架,对不同荷载条件下非对称连拱隧道的受力特性进行了深入研究,重点分析了衬砌外表面压力和结构内力的分布及变化特点,总结了隧道裂缝的发展规律和结构破坏过程... 详细信息

针对砂卵石地层特性配制了围岩相似材料,利用自主研发的大型平面模型试验台架,对不同荷载条件下非对称连拱隧道的受力特性进行了深入研究,重点分析了衬砌外表面压力和结构内力的分布及变化特点,总结了隧道裂缝的发展规律和结构破坏过程。试验结果表明:非对称连拱隧道大洞衬砌外表面压力显著大于小洞,但两者分布规律相似,最大值均位于拱顶,其次为内侧拱肩,外侧拱腰处最小;左右洞室受力不对称导致隧道中墙存在明显偏压;注浆加固圈可以有效降低衬砌外表面压力,改善结构受力条件,提高结构稳定性。结构内力在加载过程中呈现出复杂变化,在裂缝产生之前,基本保持线性增长;首条裂缝出现后,结构内力重新分布,但总体上仍具有一定的承载能力;当裂缝充分发展,特别是当拱部出现裂缝后结构承载能力大幅下降。衬砌结构首先于内侧拱脚处出现纵向裂缝,随着荷载的增加,裂缝数量和宽度也逐渐增加且主要分布在靠近中墙一侧。

关键词：砂卵石地层模型试验结构受力非对称连拱隧道

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砂卵石地层中泥膜支护土压盾构施工试验

中国公路学报 2017年第8期30卷 210-215页

作者：钱勇进朱伟闵凡路杜瑞王超河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学土木与交通学院江苏南京210098 河海大学环境学院江苏南京210098

为了给盾构机在砂卵石地层中安全顺利的掘进提供参考,针对砂卵石地层中土压盾构掘进时开挖面稳定性难以控制、泥水盾构渣土排出困难的情况,提出一种使用泥膜支护开挖面,并使用螺旋排土器进行排土的新型盾构施工方法。考虑泥浆掺加量对... 详细信息

为了给盾构机在砂卵石地层中安全顺利的掘进提供参考,针对砂卵石地层中土压盾构掘进时开挖面稳定性难以控制、泥水盾构渣土排出困难的情况,提出一种使用泥膜支护开挖面,并使用螺旋排土器进行排土的新型盾构施工方法。考虑泥浆掺加量对泥浆砂卵石混合土在地层中的渗透及支护应力传递模式的影响,进行了不同泥浆掺加量下泥浆砂卵石土的渗透试验研究。在自制的渗透试验装置中,对6组不同泥浆掺加量的泥浆砂卵石混合土进行渗透试验,通过测定压力作用下地层及混合土中超静孔隙水压力及滤水量变化,分析泥浆砂卵石混合土的支护应力传递模式,讨论泥膜支护土压盾构的泥浆掺加量范围。结果表明:随着泥浆掺加量的增加,地层中的超静孔隙水压力消散速率在增加;存在3种应力传递模式,分别是孔隙水压力型传递、泥皮加渗透带型泥膜传递以及泥皮型泥膜传递;泥浆掺加量为23%~25%时可以实现泥膜支护。

关键词：盾构隧道复合盾构渗透试验泥浆掺加量超静孔隙水压力砂卵石地层支护应力

砂卵石地层土压盾构掘进掌子面稳定性室内试验与三维离散元仿真研究

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岩土力学 2018年第8期39卷 3038-3046页

作者：王俊王闯何川胡雄玉江英超西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院

采用Φ800 mm模型土压盾构开展室内掘进试验,以探究砂卵石中土压盾构隧道掌子面失稳诱发地层变形特征。同时,补充开展三维离散元仿真以挖掘室内试验难以获取的掌子面失稳信息,并研究隧道埋深对掌子面稳定性的影响规律。研究结果表明:砂... 详细信息

采用Φ800 mm模型土压盾构开展室内掘进试验,以探究砂卵石中土压盾构隧道掌子面失稳诱发地层变形特征。同时,补充开展三维离散元仿真以挖掘室内试验难以获取的掌子面失稳信息,并研究隧道埋深对掌子面稳定性的影响规律。研究结果表明:砂卵石地层中盾构隧道掌子面失稳发展到地表后,沉降曲面呈上大下小逐步收缩的沙漏状,影响范围小于砂土地层。考虑盾构动态掘进过程后,卵石颗粒接触关系变化十分剧烈,掌子面稳定性被削弱,极限支护压力随之增大。掌子面极限支护压力随隧道埋深基本呈线性增加,极限支护压力与初始支护压力之比则随埋深增大而减小。掌子面失稳机制可根据隧道埋深划分为3种模式。与既有研究相比,考虑了盾构动态掘进过程与实际工程更加接近,可为确保砂卵石地层土压盾构隧道施工掌子面稳定提供参考。

关键词：砂卵石地层土压盾构掌子面失稳室内试验三维离散元动态掘削

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砂卵石地层盾构多次下穿连拱桥稳定性分析

铁道工程学报 2017年第12期34卷 89-93页

作者：贾少春中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

研究目的:砂卵石地层具有显著的弱胶结、高灵敏度、受扰动后自稳能力差等特点,在类似于这样的砂卵石地层进行盾构小净距多次下穿连拱砖桥的相关工程案例和研究较少。本文以成都地铁5、6号线隧道多次盾构下穿连拱桥为工程背景,运用三维... 详细信息

研究目的:砂卵石地层具有显著的弱胶结、高灵敏度、受扰动后自稳能力差等特点,在类似于这样的砂卵石地层进行盾构小净距多次下穿连拱砖桥的相关工程案例和研究较少。本文以成都地铁5、6号线隧道多次盾构下穿连拱桥为工程背景,运用三维有限元法分析砂卵石地层盾构隧道近接施工对连拱桥结构位移和内力的影响,并与地层注浆加固工况进行计算结果对比分析,从而为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。研究结论:(1)未经加固连拱桥在盾构多次近距离下穿下产生了较大的竖向、横向位移,最大位移值分别为3.92 mm和0.52 mm;桥墩的不均匀沉降及盾构隧道施工会引起拱桥结构的轴力、剪力和弯矩发生变化,拱桥内力最大值均出现在拱脚处;(2)对连拱桥基底及隧道周围地层进行注浆加固后,能够显著减小连拱桥的整体位移,桥体最大竖向、横向位移分别为2.96 mm和0.39 mm,比无加固工况减小了24.5%和25.0%,同时隧道多次下穿连拱桥对拱圈内力的影响也得到了控制,桥体拱圈轴力和剪力变化较小,弯矩值显著减小,降低了13.1%;(3)该注浆加固方法能够确保盾构隧道修建时连拱桥结构的运营安全,研究成果可为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。

关键词：砂卵石地层盾构隧道连拱桥沉降变形注浆加固