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盾構(gòu)施工引起地層位移及其精準(zhǔn)控制 版權(quán)信息
- ISBN:9787030709738
- 條形碼:9787030709738 ; 978-7-03-070973-8
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
盾構(gòu)施工引起地層位移及其精準(zhǔn)控制 本書特色
適讀人群 :從事地鐵工程建設(shè)、勘察設(shè)計、施工、工程管理的工程技術(shù)人員,巖土工程、隧道工程、城市地下空間工程相關(guān)專業(yè)的博士、碩士研究生和大學(xué)本科高年級學(xué)生基于盾構(gòu)工程技術(shù)特點(diǎn)和北京地鐵相關(guān)盾構(gòu)工程實踐, 系統(tǒng)研究了盾構(gòu)施工引起地層分層位移測試技術(shù)、地層位移時空分布及其發(fā)展理論、地層位移分級控制技術(shù)、基于盾構(gòu)開挖間隙填充的新型材料及注入工藝等。
盾構(gòu)施工引起地層位移及其精準(zhǔn)控制 內(nèi)容簡介
本書包括四篇八章,全面闡述盾構(gòu)施工引起地層位移的時空發(fā)展規(guī)律及控制技術(shù)。**篇總論,共兩章,包括:**章盾構(gòu)工程地層位移研究的必要性,第二章地層位移分量及其主次關(guān)系。第二篇地層豎向位移測試技術(shù),包括:第三章地層豎向位移現(xiàn)狀及傳統(tǒng)測試技術(shù),第四章地層豎向位移的新型測試方法及系統(tǒng)。第三篇地層豎向位移的時空發(fā)展規(guī)律,包括:第五章地層豎向位移的空間分布特征,第六章地層豎向位移的主要影響因素。第四篇地層豎向位移控制技術(shù),包括:第七章地層豎向位移控制理論與技術(shù),第八章開挖間隙充填材料及充填工藝。
盾構(gòu)施工引起地層位移及其精準(zhǔn)控制 目錄
序
前言
第1章盾構(gòu)施工引起地層位移研究概述1
1.1土壓平衡盾構(gòu)工法簡述1
1.2地層位移的發(fā)生機(jī)理13
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15
1.4地層位移控制面臨的技術(shù)難題18
第2章地層位移分量及其主次關(guān)系研究20
2.1地層位移的空間分布概述20
2.2地層位移分量的主次關(guān)系22
2.3地層位移主控分量44
第3章地層豎向位移新型測試方法及系統(tǒng)46
3.1地層豎向位移測試現(xiàn)狀及傳統(tǒng)測試技術(shù)46
3.2地層豎向位移新型測試方法的基本原理52
3.3地層位移的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換57
3.4新型測試技術(shù)系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用59
第4章地層豎向位移的空間分布與發(fā)展規(guī)律99
4.1豎向位移沿橫向分布特征99
4.2豎向位移沿深度方向的分布特征156
4.3豎向位移沿縱向的發(fā)展規(guī)律166
4.4地層位移空間分布與發(fā)展模型181
4.5本章小結(jié)183
第5章地層豎向位移的主要影響因素分析185
5.1地層豎向位移影響因素概述185
5.2隧道埋深對地層豎向位移(沉降槽)的影響特點(diǎn)187
5.3隧道間距對地層豎向位移(沉降槽)的影響特點(diǎn)189
5.4注漿效果對隧道斷面沉降槽的影響特點(diǎn)191
5.5本章小結(jié)199
第6章地層豎向位移控制技術(shù)201
6.1控制技術(shù)體系的設(shè)計201
6.2地層豎向位移控制技術(shù)要點(diǎn)204
6.3地層位移控制技術(shù)體系206
第7章開挖間隙填充工藝與填充材料209
7.1中盾注漿法簡介209
7.2開挖間隙填充材料研發(fā)210
7.3中盾新型注漿材料基本物理力學(xué)性質(zhì)研究276
7.4新型材料優(yōu)選配比290
參考文獻(xiàn)292
盾構(gòu)施工引起地層位移及其精準(zhǔn)控制 節(jié)選
第1章 盾構(gòu)施工引起地層位移研究概述 盾構(gòu)經(jīng)過近兩百年的發(fā)展,由原始的手掘式盾構(gòu)發(fā)展到了目前以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的新型盾構(gòu),目前已經(jīng)在國內(nèi)外的隧道施工中都得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時,由盾構(gòu)施工所引起的地層位移帶來的問題也引起了日益廣泛的關(guān)注和研究。盾構(gòu)隧道的開挖使隧道周邊的土體受到擾動,受擾動地層開始由原始應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力重分布逐漸到達(dá)新的應(yīng)力狀態(tài),同時產(chǎn)生相應(yīng)變形。 目前關(guān)于地層位移的研究更多的是研究地層沉降,即地層豎向位移,對于地層橫向位移和縱向位移較少涉及。本章通過研究土壓平衡盾構(gòu)工法的技術(shù)特點(diǎn),闡述了地層位移的發(fā)生機(jī)理,并提出了地層位移控制所面臨的技術(shù)難題。 1.1土壓平衡盾構(gòu)工法簡述 1.1.1土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)成 本書主要研究土壓平衡盾構(gòu)施工引起的地層位移,不涉及泥水平衡盾構(gòu)、硬巖掘進(jìn)機(jī)(tunneling boring machine,TBM)等。 土壓平衡(earth pressure balanced,EPB)盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板,使土倉和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切削下來的渣土,依靠推進(jìn)油缸的推力給土倉內(nèi)的開挖渣土加壓,使該壓力作用于開挖面保持其穩(wěn)定。土壓平衡盾構(gòu)的支護(hù)介質(zhì)是土壤本身。土壓平衡盾構(gòu)由盾殼、刀盤、主驅(qū)動、螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、同步注漿系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)、管片安裝機(jī)、人艙、液壓系統(tǒng)等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。 圖1.1土壓平衡盾構(gòu) 1.刀盤、刀盤驅(qū)動及刀盤支承 刀盤是機(jī)械化盾構(gòu)的掘削機(jī)構(gòu),刀盤結(jié)構(gòu)需根據(jù)地質(zhì)適應(yīng)性的要求進(jìn)行設(shè)計,需適合圍巖條件,在確保開挖面穩(wěn)定的前提下,提高掘進(jìn)速度。刀盤設(shè)計時,應(yīng)充分考慮刀盤的結(jié)構(gòu)型式和支承方式、刀盤開口率、刀具布置等因素。 1)刀盤 刀盤具有三大功能: (1)開挖功能。刀盤旋轉(zhuǎn)帶動刀具切削隧道掌子面上的巖土體,對掌子面前地層進(jìn)行開挖,開挖后的渣土通過刀盤的開口進(jìn)入土倉。 (2)穩(wěn)定功能。支撐掌子面,具有穩(wěn)定掌子面的功能。 (3)攪拌功能。對于土壓平衡盾構(gòu),刀盤轉(zhuǎn)動帶動主動攪拌棒與被動攪拌棒聯(lián)合作用對土倉內(nèi)的渣土進(jìn)行攪拌,使渣土具有良好的塑性,然后通過螺旋輸送機(jī)將渣土排出。 盾構(gòu)的刀盤結(jié)構(gòu)型式與隧道穿越的地質(zhì)條件有著密切的關(guān)系,不同的地層應(yīng)采用不同的刀盤型式。土壓平衡盾構(gòu)的刀盤結(jié)構(gòu)型式有兩種:輻條式和面板式。①輻條式刀盤(圖1.2)開口率大,渣土流動順暢,渣土進(jìn)入土倉的路徑短且簡單,不易堵塞。一般不能安裝滾刀,且中途換刀安全性相對較差。②面板式刀盤(圖1.3)該種型式的刀盤在換刀時相對安全,但開挖渣土進(jìn)入土倉的路徑長且復(fù)雜,易黏結(jié)易堵塞,易在刀盤上形成泥餅。 圖1.2輻條式刀盤 圖1.3面板式刀盤 輻條式刀盤對砂、土、一般粒徑的卵石等地層的適應(yīng)性比面板式刀盤好,但由于一般不能安裝滾刀,在風(fēng)化巖及軟硬不均地層或硬巖地層中,通常采用面板式刀盤。 2)刀盤驅(qū)動 刀盤驅(qū)動方式有三種:變頻電機(jī)驅(qū)動、液壓驅(qū)動和定速電機(jī)驅(qū)動。由于定速電機(jī)驅(qū)動,刀盤轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié),一般不采用。現(xiàn)將變頻驅(qū)動與液壓驅(qū)動做對比,如表1.1所示。表1.1刀盤驅(qū)動方式比較表項目①變頻驅(qū)動②液壓驅(qū)動備注驅(qū)動器外形尺寸大小一般①∶②=(1.5~2)∶1后續(xù)設(shè)備少多②需要液壓泵、油箱、冷卻裝置等效率/%9565液壓系統(tǒng)效率低起動電流小小①變頻起動電流小; ②無負(fù)荷起動電流小起動力矩大小①起動力矩可達(dá)到額定力矩的120%起動沖擊小較小①利用變頻軟起動,沖擊小; ②控制液壓泵排量,可緩慢起動,沖擊較小轉(zhuǎn)速控制、微調(diào)好好①變頻調(diào)速; ②控制液壓泵排量,可以控制轉(zhuǎn)速和微調(diào)噪聲小大液壓系統(tǒng)噪聲大隧道內(nèi)溫度低高液壓系統(tǒng)傳動效率低,功率損耗大,溫度高維護(hù)保養(yǎng)容易較困難②液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)要求高,保養(yǎng)較復(fù)雜 3)刀盤支承 刀盤有中心支承、中間支承和周邊支承三種方式(圖1.4)。在設(shè)計時應(yīng)考慮盾構(gòu)直徑、土質(zhì)條件、排土裝置等因素后確定刀盤支承方式。圖1.4刀盤的支承方式 (1)中心支承方式。一般用于中小型直徑的盾構(gòu)。該方式刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體時,土倉內(nèi)土體的流動空間和被直接攪拌的范圍大,土體流動順暢、攪拌混合效果良好、黏土附著的可能性小,不易引起堵塞,開挖面壓力較穩(wěn)定,因而盾構(gòu)掘進(jìn)效果較好,改善了盾構(gòu)控制地面沉降的性能。但由于機(jī)內(nèi)空間狹小,處理大石塊、卵石比較困難。 (2)中間支承方式。結(jié)構(gòu)上較為平衡,主要用于中大型直徑的盾構(gòu)。當(dāng)用于小直徑盾構(gòu)時,應(yīng)認(rèn)真考慮防止中心部位黏結(jié)泥餅等問題。由于中間支承的存在,將盾構(gòu)土倉分隔成兩個區(qū)域,土倉中心區(qū)域占土倉內(nèi)相當(dāng)大的空間。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)切削土體時,中心區(qū)域以外部分的渣土流動順暢,易于攪拌,中心區(qū)域內(nèi)的渣土流動較差,當(dāng)切削土體黏性較大并長期積聚于中心區(qū)域時,中心區(qū)域土體逐漸增多并*終形成泥餅,完全喪失流動性。內(nèi)外兩個區(qū)域的渣土流動性差異較大,渣土攪拌混合的效果難以保證。刀盤采用中間支撐方式的盾構(gòu)在黏性土(包括粉細(xì)砂)中施工時,土倉內(nèi)切削土體攪拌效果不易滿足要求,并可能會因黏附堵塞形成泥餅,造成出土不暢、阻力增大、開挖面壓力控制不穩(wěn)定,影響盾構(gòu)掘進(jìn)效果,且對控制地面沉降不利。 (3)周邊支承方式。一般用于小直徑盾構(gòu),機(jī)內(nèi)空間較大,礫石處理較為容易。該方式易在刀盤的外周部分黏結(jié)泥土,在黏性土中使用時,應(yīng)充分研究如何防止渣土黏附的問題。 2.膨潤土添加系統(tǒng)及泡沫系統(tǒng) 膨潤土和泡沫添加系統(tǒng)是土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)的調(diào)節(jié)媒介。采用該系統(tǒng),對于不同的地質(zhì)條件,通過添加流塑化改性材料,改善盾構(gòu)土倉內(nèi)渣土的流塑性,既可實現(xiàn)平衡開挖面水土壓力,又能向外順暢排土,拓寬了土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)范圍。泡沫注入口數(shù)量與刀盤直徑、支承方式及刀盤形狀等有關(guān)。 3.螺旋輸送機(jī)及皮帶運(yùn)輸機(jī) 螺旋輸送機(jī)由伸縮筒、出渣筒、液壓馬達(dá)、螺旋軸、出渣閘門等組成,是土壓平衡盾構(gòu)的排土裝置,如圖1.5所示。主要有以下三個功能: (1)將盾構(gòu)土倉內(nèi)的渣土向外連續(xù)排出。 (2)土體在螺旋輸送機(jī)內(nèi)向外排出的過程中形成密封土塞,阻止土體中的水分散失,保持土倉內(nèi)土壓的穩(wěn)定。 (3)隨時調(diào)整向外排土的速度,控制盾構(gòu)土倉內(nèi)渣土量實現(xiàn)連續(xù)的動態(tài)土壓平衡過程,確保盾構(gòu)連續(xù)正常向前掘進(jìn)。 圖1.5螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)圖 皮帶輸送機(jī)的主要功能則是將渣土從螺旋輸送機(jī)的出渣口轉(zhuǎn)運(yùn)到停在軌道上的渣車內(nèi)。 4.同步注漿系統(tǒng)及盾尾密封系統(tǒng) 1)同步注漿系統(tǒng) 同步注漿的目的主要有以下三個方面: (1)及時填充盾尾建筑空隙,支撐管片周圍圍巖,有效地控制地表沉降。 (2)凝結(jié)的漿液作為盾構(gòu)施工隧道的**道防水屏障,防止地下水或地層的裂隙水向管片泄漏,增強(qiáng)盾構(gòu)隧道的防水能力。 (3)為管片提供早期的穩(wěn)定并使管片與周圍巖體一體化,限制隧道結(jié)構(gòu)蛇行,有利于盾構(gòu)姿態(tài)的控制,確保盾構(gòu)隧道的*終穩(wěn)定。 圖1.6為盾尾同步注漿系統(tǒng)示意圖。 圖1.6一種同步注漿與盾尾密封系統(tǒng)示意圖 2)盾尾密封系統(tǒng) 盾尾密封系統(tǒng)是盾構(gòu)正常掘進(jìn)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一,盾構(gòu)法隧道施工所發(fā)生的安全事故常常在盾尾。鉸接式盾構(gòu)的盾尾密封系統(tǒng)包括鉸接密封和盾尾密封。 (1)鉸接密封。鉸接密封一般有三種形式:**種是采用一道或多道橡膠唇口式密封;第二種是采用墨石棉或橡膠材料的盤根加氣囊式密封;第三種是雙排氣囊式密封。 (2)盾尾密封。盾尾止水采用盾尾刷密封裝置,是集彈簧鋼、鋼絲刷及不銹鋼金屬網(wǎng)于一體的結(jié)構(gòu)。盾尾油脂泵向每道盾尾刷密封之間供應(yīng)油脂,以提高止水性能。 圖1.6是常規(guī)的土壓平衡盾構(gòu)盾尾密封系統(tǒng)示意圖,圖1.7是適用于高水壓下的盾尾密封系統(tǒng)示意圖(一般水壓力≥0.5MPa)。 圖1.7高水壓下盾尾密封系統(tǒng)示意圖 5.其他配套系統(tǒng)及設(shè)備 1)導(dǎo)向系統(tǒng) 在盾構(gòu)施工中為了保證盾構(gòu)沿隧道設(shè)計軸線掘進(jìn),現(xiàn)代化的盾構(gòu)均配備高精度的自動導(dǎo)向系統(tǒng)。導(dǎo)向系統(tǒng)可以向盾構(gòu)操作者提供盾構(gòu)當(dāng)前位置姿態(tài)和偏離軸線的信息,如里程、刀盤偏差等。目前,國內(nèi)用戶一般把主流的導(dǎo)向系統(tǒng)分為兩類:其一是激光導(dǎo)向系統(tǒng)(圖1.8);其二是棱鏡導(dǎo)向系統(tǒng)(圖1.9)。兩種導(dǎo)向系統(tǒng)不存在原理上的差異,主要的區(qū)別在于激光導(dǎo)向系統(tǒng)棱鏡上方存在激光偏角處理靶,兩者設(shè)計精度均滿足盾構(gòu)掘進(jìn)的需要。 圖1.8激光導(dǎo)向系統(tǒng)的基本布置
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