砂卵石地層盾構(gòu)隧道施工安全控制與高效掘進(jìn)技術(shù)
砂卵石地層具散粒性、強(qiáng)透水性、高磨耗性等顯著特征，國內(nèi)外均缺乏在該地層下建設(shè)盾構(gòu)隧道的經(jīng)驗(yàn)。鑒于該地層盾構(gòu)施工出現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)失控、隧道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、機(jī)具磨損失效的風(fēng)險(xiǎn)極高，誘發(fā)重大安全事故的概率極大，曾一度被視為盾構(gòu)施工的“禁區(qū)”，且盾構(gòu)掘進(jìn)月進(jìn)度難達(dá)軟土地層的三分之一，掘進(jìn)效率極其低下。然而，砂卵石地層在我國廣泛分布，采用盾構(gòu)法建設(shè)隧道工程的需求巨大。為此，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10余年技術(shù)研發(fā)，解決了砂卵石地層中盾構(gòu)隧道施工的安全控制和高效掘進(jìn)這一重大技術(shù)難題，取得了以下主要發(fā)明成果：
【發(fā)明點(diǎn)一】發(fā)明了泥水平衡盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)的掘進(jìn)模擬系統(tǒng)
研究揭示了泥水壓/土壓對砂卵石地層的平衡作用機(jī)理，發(fā)明成功盾構(gòu)掘進(jìn)模擬系統(tǒng)。通過掘進(jìn)模擬判明泥膜動(dòng)態(tài)形成狀況、地層變形特性，確定泥漿配比、超挖容許值、泥水和土壓平衡保壓值等現(xiàn)場施工掘進(jìn)關(guān)鍵參數(shù)，獲發(fā)明專利4項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)了超挖可控、保壓可調(diào)、平衡模式可選，解決了開挖面失穩(wěn)、地表坍陷、螺旋機(jī)噴涌、地層劈裂等盾構(gòu)掘進(jìn)失控難題，保障了盾構(gòu)掘進(jìn)安全。
【發(fā)明點(diǎn)二】發(fā)明了施工期管片結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法與承壓止水檢驗(yàn)技術(shù)
探明了管片拼裝、同步注漿、漿液凝固、后期穩(wěn)定四階段荷載特征，建立了施工期分階段的內(nèi)力分析模型和方法，開發(fā)了各階段施工荷載與水壓聯(lián)合作用下原型結(jié)構(gòu)承壓與止水能力的檢驗(yàn)技術(shù)，獲發(fā)明專利4項(xiàng)。從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場管片拼裝、頂推、注漿等關(guān)鍵工序和參數(shù)的精確選擇與控制，解決了結(jié)構(gòu)止水失效、管片錯(cuò)臺(tái)開裂及隧道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)垮塌難題，保障了施工期隧道結(jié)構(gòu)安全。
【發(fā)明點(diǎn)三】發(fā)明了刀盤刀具優(yōu)化配置與耐磨保護(hù)及刀具快速更換技術(shù)
研究揭示了的砂卵石的細(xì)觀流動(dòng)變形和地下水稟賦特性，建立了刀盤刀具優(yōu)化配置方法，研發(fā)了新型和耐磨刀具、地層減摩改良以及小空間常壓換刀技術(shù)，獲發(fā)明專利2項(xiàng)。解決了螺旋機(jī)損壞、管路破裂、刀具偏磨、刀盤解體破壞等機(jī)具磨損失效難題，保障了盾構(gòu)的高效和長距離掘進(jìn)施工。
獲發(fā)明專利10項(xiàng)、實(shí)用新型專利10項(xiàng)，出版論著2部、發(fā)表論文100余篇（SCI/EI收錄50余篇），培養(yǎng)博/碩士研究生30余名。相關(guān)成果獲省部級科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。突破了在砂卵石地層大規(guī)模建設(shè)盾構(gòu)隧道的技術(shù)瓶頸，成果在成都等近20座城市地鐵，以及高速鐵路、城際鐵路、電力、輸水等盾構(gòu)隧道建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，取得重大經(jīng)濟(jì)效益。成都地鐵前期4條線路應(yīng)用了本項(xiàng)目整體技術(shù)，施工安全可靠，平均月進(jìn)度突破300米。南京地鐵10號(hào)線越長江隧道應(yīng)用本項(xiàng)目整體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了極端困難條件下的安全施工,創(chuàng)造了同類地質(zhì)條件下月進(jìn)度636m的施工紀(jì)錄。
泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn)模擬系統(tǒng)
土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)模擬系統(tǒng)
施工期隧道結(jié)構(gòu)分析模型
盾構(gòu)隧道承壓止水檢驗(yàn)技術(shù)
盾構(gòu)小空間常壓換刀技術(shù)
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