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盾构法地铁隧道施工关键技术研究

来源:知库网
科学技术与工程 13卷 石英砂岩、(7_2)层含角砾粉质黏土、一部分为 (7—1)层黏土。 1.2.2工程的水文地质分析 2正确设置盾构参数确保始发稳定掘进 盾构机在始发时要保证平稳掘进,要确保在黏 土层中的掘进推力、盾构的荷载都在要求的标准之 本标段场区的地下水按赋存条件,可分为上部 滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上部滞水 内,同时根据工程具体地质,确定正确的盾构参数, 这样才能够使盾构机在始发时保持良好的状态,平 稳掘进。计算时除了盾构相关的参数,还要根据埋 深和土质按照水土合算方法计算理论土仓压力,再 结合我公司在同类地层施工的经验制订土仓压力, 同时施工中还要进行地表变形的监测 J,对土仓压 水位埋深较浅,平均1.0 111,潜水主要分布于临沙湖 一带浅部粉土、粉砂层中,平均深埋水位为1.2 m, 上部滞水和潜水主要接受地表水及大气降水补给, 在圆砾土及卵石粗砂层为弱承压水,上部的老黏性 土为含水层,底板为基岩结构。地下水水量较大, 整个工程为弱承压性。 1.2.3工程的地质构造及其地震烈度 力进行微调,来设定土仓内的平衡土压值。 计算时,一定要将上述的压力及阻力情况考虑 周全,将全部压力、阻力都计算在内_4 J。这样才能 结构按6级抗震设防烈度和六级人防抗力验 算,并在结构设计时按7级抗震设防烈度采取相应 够确保盾构参数的正确性,保证盾构机能够在始发 时平稳掘进。 的构造处理措施,以提高结构的抗震能力。 如上所述,拟建的武汉地铁周青区间,工程地 质为软土及沙砾这些复杂地基,地下水含量大,且 地面建筑物多,地上环境复杂,因此施工的难度 2.1盾构荷载计算 根据图2所画的荷载计算简图来计算松动圈 土压。 大,安全系数要求高…,在施工中要特别掌握好盾 构推力等相关参数 J,做好管背同步注浆管理,同 时还要做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线的 将具体的覆土厚度按20 m这个标准值来计算, 计算结果如下所示: )P。1=(^y一10)/-/o=(23—10)×20=260 kPa, ②Pe2=P。1—60=200 kPa, ③q 1=P 1A=162×0.2=32.4 kPa 布置,还有要对工程施工进行有效监测,其中正确 设置盾构参数确保始发稳定掘进,还有管背同步 注浆及二次注浆管理是此次盾构施工中的关键 所在。 ( g =( 一10)×(20+6.25)A= 13×26.25×0.2=68.25 kPa ⑤P =G/(D0L)=320×10/(6.25×8.16)= 。 L , / / / \ 、 、 , / / / / / L一 qe2 qw2 ——、 、 \ 、 j / / / , L一 I 图2荷载计算简图 8期 雷泽鸿:盾构法地铁隧道施工关键技术研究 62. 75 kPa ⑥ 1=g ⑦ =q , ⑧ 1=180 kPa, ⑨ =242 kPa。 其中:计算中应用的土参数如下: ~软土层的土容重; ,_一土层的静侧压力系数。 计算中应用的盾构机参数如下; D一盾构的外径; 一盾构长度; 以一为水平侧压力系数; G__为盾构机重量; P 1一竖直土压; P 一竖直抗力土压; P 一自重反压; g。 一盾构顶部水平土压; g 一盾构底部水平土压。 2.2盾构机总推力计算 2.2.1盾构机外壳与土的摩擦力( )计算 F1= 1(叮rD0 + )= ・(订D。 _. L + )= o.3f3.14×6.25×8.16× 4 +3 2001:J  7 693.7 kN。 :为土钢间摩擦系数。 2.2.2盾构推进阻力的计算(正面阻力F2) :孚 : 3.14×39.062 5 ——— —一× : ± 墨Q±鱼墨: ± 一 2—。 8 013.3 kN。 2.2.3 由滚刀挤压产生的阻力( )计算 F3:p, =250×35=8 750 kN。 凡一滚刀数量按正面有35把计算。 2.2.4管片与盾尾的密封阻力(F4) F4=MG rs=0.3×2×3.141 6/4×(6×6— 5.4×5.4)×1.5×2.5×9.8=118.5 kN。 一管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取0.3; 一压在盾尾内部2环管片的自重。 2.2.5后方台车牵引过程中的阻力( )计算 F5 2G1=0.15×2 000=300 kN。 所需最大推力 F一=F +F2+F3+F +Fs= 7 693.7+8 013.3+8 750+118.5+300= 24 875.5 kN。 安全系数 olF/F =34 210/24 875.5=1.37。 结论:通过上面的分项计算得出推力安全系数 为1.37,能够满足安全掘进的需要。 同时在盾构施工中要根据工程的进展情况,进 行纠偏工作,在实际盾构施工中,盾构的总推力往 往比计算值要大,通常为计算值的1.5倍。由此计 算得出此段工程中,掘进阶段盾构的主要技术参数 如表1所示。 表1盾构掘进的相关技术参数列举 盾构推力 刀盘转速 推进速度 扭矩 】O O00 kN O.9 r/min 25 mm/min 2 000 kN・m 0.6 bar 只有这样考虑各方面的综合因素,按照盾构的 推力等主要参数指标,小心控制挖掘的速度,才能 够保证初始挖掘地面的稳定性,才能够为盾构挖掘 打下坚实的基础。 3管背同步注浆及二次注浆管理 3.1同步注浆管理 在盾构施工中,由于盾构机在掘进过程中会使 隧道周围的土层受到震动破坏,发生松软,地下水 会趁机渗入,这些是导致盾构隧道出现管线沉降的 重要原因L5 J。一旦沉陷会给人们的生命财产带来 不可估量的后果。因此要避免这种沉降及沉陷的 发生,就要及时在盾构的过程中,进行管背的同步 注浆及二次注浆,用足量的浆液将盾尾的建筑空隙 2286 科学技术与工程 13卷 充填好。 盾构的同步注浆在盾构掘进的同时同步进行, 由盾构机上的同步注浆系统采用双泵四管的方法, 通过盾尾的注浆管完成注浆过程。同步注浆的材 料按照表2配比严格执行。 表2 同步注浆时材料配比对照表 3.2浆液性能控制 二次注浆是对同步注浆的进一步补充及加强, 能够对管片周围的地层起到很好的充填及加固作 用,确保隧道的安全。主要用于管片与周围岩壁空 隙充填密实性不足,不能满足施工安全的情况下进 行,所以在注浆时对浆液的性能要求严格,一般用 水泥.水玻璃双液浆来二次的补强注浆,严格按照科 学的配比要求操作,这样才能够使管片与岩壁填充 得更加密实,保证不会有渗水及沉降等危险发生。 双液浆的初步配比见表3所示,要使所配比的浆液 性能达到表4的要求。 表3双液浆注浆的配比表 表4二次注浆时浆液的相关性能指标 注:水泥一般用1'52.5舟普通的硅酸盐水泥。 3.3注浆压力及注浆量的计算 3.3.1 注浆压力 盾构施工中是通过向管片背部的建筑空隙填 充足够浆液来完成同步注浆过程的。在此过程中 注浆压力需要克服相应压力才能顺利将浆液填充 到空隙中,完成注浆过程,这些压力主要包括有地 下水压力、土压力还有管阻的摩擦力等。注浆填充 过程中注浆压力一定要严格控制,不能太大,不然 会使周围土层发生劈裂,引起塌陷。所以注浆时只 有掌握适合的压力,才能将浆液遍及管片外侧。 我们可以用理论分析的方法来预计算注浆中 理想的注浆压力。理论上下临界的注浆压力P, 必 须能够确保土块BCEF能足够稳定,没有下榻的危 险;上临界的P, 必须要能够确保整个土块ABCDEF 的稳定性能,保证其不会发生隆起。因此理想的 P, 就在上述的范围之内。所以只要将实际土体A’ BCD’EF上下两个临界的P,值,分别乘以及除以一 个安全系数(Ft=1.5~2.5),就是最佳的土体塌落 范围,也就是相对最准确的P, 值。 按照静力学分析:pjs ( 一 ) 。 = [z+ tan(45。一詈)一 】。 n( 一 ) <P;< [f+ Htan(45。一詈)一 2C.1 o D]1 同时还要考虑沿程管路的阻力损失:△P = A÷ 其中:A为沿程阻力系数,当浆液层流时,为 64 ̄Re;Re为雷诺数; 为流动速率;Z为浆液压人口 到压出口的长度(没有包括由于管子弯曲、变截面 引起的阻力损失);d为管子内径。 所以我们需要的理想注浆压力就是:P,:P + Ap。当 的选取满足: 根据以上公式分析得,对武汉地铁周青区间, 在取C =16 kPa,H=11.0 m, =0时,得到://,= 2.18,P;=220 kPa,而△P^=100—200 kPa,所以应 采取的最佳注浆压力为P;=320—420 kPa。 从上述分析可知,计算的注浆压力与国外研究 成果是吻合的,能够确保安全施工。在上述的施工 8期 雷泽鸿:盾构法地铁隧道施工关键技术研究 1.8)。 2287 过程中,根据周青区间的具体情况,在盾构施工中, 同步注浆的压力还要确保大于该点的静止水压及 土压力之和,我们取1.1—1.2倍的静止土压力作为 盾构施工时的注浆压力。在此次施工中我们将同 步注浆压力控制在0.1~0.4 MPa,二次注浆压力为 根据上述的计算,同步注浆的拟定压力为0.26 ~0.3 MPa(2.6~3 bar),初拟方量为6 m ,在施工 中,还要根据试验掘进阶段成果及后续实际施工情 况及时修正注浆量。 0.2~0.6 MPa。这样的注浆压力根据计算及安全试 验是符合施工要求的。这样的注浆压力不会产生 同时在做好上述工作的同时,还要对隧道内通 风、循环水、照明和洞内管线做合理的布置,同时做 跑浆也不会发生隆起的问题。 3.3.2注浆量 除了注浆的压力,对注浆量也有严格的标准, 要通过科学的计算,掌握适当的注浆量。在计算的 时候要根据工程注浆的材料及管片与岩壁的空隙 大小还有盾构的管片及刀盘的直径科学计算注浆 量。计算的时候还要考虑到施工过程的地质情况 及纠偏等因素。一般实际的注浆量为理论注浆量 的1.3~1.8倍,在实际施工中还要根据对地面变形 的观测情况及时进行调节。注浆量的计算公式如 下所示: Q=vA。 式中: Q一注入量(m ); A一注浆率(取1.3~1.8,根据实际工程的地质 情况而定,在曲线地段和沙性地层施工时要取较大 值); 盾尾建筑空隙(m。); V=竹(D 一d )L/4。 式中: D一盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.28 m); d一管片外径(6.0 m)。 本标段盾构区间: 一管片宽度(1.5 m)。 V=1T[(6.28 一6.0 )×1.5]÷4=4.5 m。。 则:Q=5.85~8.1 m。/环(系数考虑1.3~ 好安全监测工作_6 J,这样才能够保证周青区间工程 按时按质按量完成,让人们放心使用。 4总结 武汉地铁站周青区间的盾构施工,正是在综合 考虑了地面的建筑及交通状况,还有其本身软弱土 掺杂沙砾的具体土文情况,在应用盾构法施工时, 注意盾构推力等盾构参数的计算,保证初始掘进中 地面的稳定性,同时做好管背注浆及二次注浆的控 制,注重注浆的压力及注浆量的把握,同时做好隧 道通风、循环水、照明和洞内管线布置的处理,在强 有力的监测手段的控制下才使工程能够达到安全 要求,满足应用需求。在此将这些经验与大家一同 分享,以期对类似工程提供一些可以借鉴的经验。 参考文献 1 王文军.盾构法隧道施工穿越淤泥质软土地层控制沉降技术探 讨.价值工程,2010;(25):108—1O8 2周明斌.深基坑开挖方法的探讨.中国住宅设施,2009;(o6): 62— 3 3何成滔,王耀.天津地铁3号线盾构法施工技术.中国铁路, 2010;(07):71—74 4雒红卫.复杂砂砾地层开敞式盾构的设计.建筑机械化,2010; (O1):72—73 5冯宝新,王解先.盾构姿态测量方法.公路隧道,2011;(O1): 66— 8 6杨鹏,冯磊,杨毅.地铁盾构施工监测指标体系的设计与 分析.科学技术与工程,2010;10(29):7326--7329 (下转第2294页) 2294 科学技术与工程 13卷 Influence of Magnesium Silicate on Properties of Silica Tread Compound FAN Shi—yu,ZHANG Yi,DU Shao—zhong,LEE Ick ManKim Dong Woo ,(Qingdao NEXEN Tire Technical Center,Qingdao 266603,P.R.China) [Abstract] The application of magnesium silicate in silica compound was studied.The influence of magnesium . silicate instead of some parts carbon black of silica compound was discussedThe test results state the wet traction property and the roiling resistance of PCR tread compound can be improved at the same time if adding the silane coupling agent. [Key words]wet traction (上接第2287页) rolling resistance lfuid variance instrument 、 、 、 、 、 、9 The Key Technology Study on Shield of Subway Tunnel Construction LEI Ze—hong (The Urban Rail Engineering Co.,LTD ofChina Railway Group Ten Game,Wuhan 430074,P.R.China) [Abstract] The shield law is the subway construction commonly used in the construction technology..Shield in soft ground and complex landforlns are very strict requirements for the the shield parameters and groutif these mas. ter bad will project brought considerable risk.Wuhan Metro Zhouqing interval,based on speciifc terrain topographv of this region,the shield parameters and grout grouting pressure and grouting amount have carried out a thorough theoretical and field research.Proven formulation of these parameters is thorough and reliable.to ensure construc. tion safety and smooth completion.Also the shield parameter and grout shield construction of kev technologies are confimed,butr also shield complete the construction of the key technologies in the soft ground and c0mp1ex. [Key words] shield constuctrion ≯ subway tunnel key technology (上接第2290页) 、 、 Optimized Design which Based on Simulated Annealing Complex Forms Algorithm to Elastic Suspension Design HUANG Wei.hua (School of Mechanical andEleetronical Engineering,Henan Agricultural University,Zhengzhon 450002,P.R.China) [Abstract] As global properties of the traditional optimization algorithm is weak.the local solution of it appears easily;as well as the simulated annealing algorithm’s cooling rate is slowerthe local searching abilitv is insuffi. ,cient. Use the simulated annealing compound method that is combined of the simulated annealing algorithm and compound method.Research the optimization design of elastic suspension with the genetic compound method and compare with the traditional optimization methods.The results show that the algorithm is correct and effective in so1. ving multi variable and constraint optimization problem of elastic susDension. [Key words] complex method optimization design elastic suspension simulated annealing complex method 

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