厚冲积层盾构隧道过井施工技术风险研究及应用

摘要

随着我国工程建设的快速发展，越来越多的隧道采用土压平衡盾构施工，穿越地层也越来越复杂。盾构隧道难免会遇到各种工程地质条件，灾厚冲积层中穿越管井的施工技术逐渐成为隧道工程研究的热点和难点。因为:在此工程和技术条件下，不仅增加了盾构的施工难度，而且易造成盾构偏离轴线、喷涌、开挖面不稳定、刀盘严重磨损、软硬交界面处刀具的崩裂以及引发的地面严重沉降问题，也拖延了施工期，增加了设备维修成本。针对目前的情况，土压平衡盾构快速过井施工技术研究具有特别重要的现实意义。 本文依托北京市南水北调配套工程东干渠工程盾构穿越二衬竖井施工实例，系统开展施工可行性分析和风险识别、过井施工技术探讨及施工过程总结分析等，对快速过井位置处地层的工程特性、盾构刀盘刀具的选型配置、盾构掘进参数的选择、盾构姿态的控制等进行分析研究，总结土压平衡盾构快速穿越二衬竖井综合施工技术，丰富了盾构施工技术，对类似工程条件的施工有较强的借鉴和指导意义，推广应用前景广阔。主要成果如下: (1)分析了土压平衡盾构穿越二衬竖井施工的风险环境及致险因子，对相应风险进行等级划分。采用定量与定性相结合的方法，确定土压平衡盾构隧道施工的风险等级。结合工程实际全面开展施工可行性分析，系统总结土压平衡快速过井技术的可行性理论。 (2)针对施工快速过井环节，首先论证施工总体方案。然后对隧道施工参数、轴线控制、渣土改善、同步注浆、二次注浆、盾尾刷保护及设备检测等方面的施工风险控制措施进行研究总结，确保盾构施工过程的安全。 (3)对安装反力架拼装负环过井、整环拼装过井、半环拼装过井三种方案的施工流程、工期、成本、风险进行对比分析，提出整环拼装过井方案对盾构快速井的重要作用。 (4)基于工程实例背景，利用有限元软件ANSYS模拟盾构的施工过程，通过数值模拟结果与监测结果进行对比分析，验证了数值模拟的合理性，并通过调整部分掘进参数来模拟不同工况下的地表沉降响应，为后续施工改进提供技术支撑。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1选题背景与研究意义

1．2盾构隧道施工基本原理

1．2．1盾构技术

1．2．2盾构基本构造

1．2．3土压平衡盾构原理

1．3国内外研究现状

1．3．1国外盾构工法研究历程

1．3．2国内盾构工法发展情况

1．3．3盾构隧道变形数值模拟研究

1．3．4盾构隧道灾害预测预警研究现状

1．4主要研究内容

2工程原理与施工配置

2．1盾构法施工原理

2．2盾构法施工引起地表沉降影响研究

2．2．1 Peck理论在地表沉降中的运用

2．2．2盾构施工引起地表沉降机理

2．3厚冲积层工程施工条件

2．4工程地质与水文地质

2．4．1冲积层工程地质情况

2．4．2冲积层水文地质情况

2．4．3拟投入盾构的总体概述

2．5盾构掘进参数的确定与控制

2．5．1掘进土压的确定

2．5．2刀盘扭矩计算

2．5．3掘进速度

2．5．4盾构推力的确定

2．5．5注浆量及注入压力

2．5．6加膨润土、加泡沫量的确定

3盾构施工技术数值模拟研究

3．1初始掘进

3．1．1初始掘进长度确定

3．1．2初始掘进安排

3．1．3洞门凿除

3．1．4洞口橡胶帘布安装

3．1．5负环拼装及后背上部钢管支撑安装

3．1．6运输安排

3．1．7盾构掘进参数的控制与调整

3．2盾构贯通掘进

3．2．1贯通掘进前的准备工作

3．2．2贯通掘进工艺流程

3．3数值模拟

3．3．1 FLAC3D建模

3．3．2盾尾注浆影响分析

3．3．3掘进压力影响

3．4本章小结

4盾构过井技术研究

4．1盾构竖井位置及周边环境

4．2盾构过井方案分析

4．2．1方案一：安装反力架拼装负环过井

4．2．2方案二：整环拼装过井

4．2．3方案三：半环拼装过井

4．2．4三方案对比分析

4．3盾构过井准备工作

4．3．1端头降水

4．3．2端头加固

4．3．3侧墙浇筑

4．3．4导台浇筑

4．3．5盾门环安装

4．3．6洞门破除

4．3．7基坑回填

4．4盾构过井经济效益分析

4．5本章小结

5盾构过井分析与施工监测

5．1盾构设备的适应性分析

5．1．1盾构刀盘形式

5．1．2盾构刀盘驱动方式

5．1．3盾构刀盘扭矩系数

5．1．4盾构刀盘支撑方式

5．1．5刀具布置和刀具

5．2工程风险分析

5．2．1风险源分类方法

5．2．2风险源的分类及辨识

5．3施工监测

5．3．1施工监测目标

5．3．2监测布设要求

5．3．3测点纵向沉降变形规律

5．4本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2展望

致谢

参考文献