《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《富水液化地层盾构施工关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁十二局集团有限公司、 中铁十二局集团第二工程有限公司、 太原理工大学

主要完成人: 李自力、 白云飞、 廖霖、 张志强、 余浩、 李艳辉、 姚八五、 朱晓静、 赵月生、郭治铁、 曹志勇、 武鑫星、 武锐、 王乐、 朱凯

项目简介

　　太原市轨道交通2号线一期工程线路走行于汾河东岸漫滩一级阶地,广泛分布有饱和的粉土和粉砂,工程性质差,对振动和扰动敏感,且具有地震液化现象。在震动作用下,液化土层极易发生涌水涌砂、地基承载力丧失、土层滑塌等现象,对埋深较浅的地铁结构会产生严重破坏作用。本项紧密围绕富水液化地层盾构施工这一技术难题,开展了系统研究,取得了如下创新性成果。

　　(1)采用数值模拟和自动化监测手段研究了不同开口率刀盘在富水液化地层的受力特性,提出应用大开口率刀盘盾构掘进加快施工进度,从而有效降低地层液化程度及频率的方案;揭示了富水液化地层的地表沉降规律,提出了适用于富水液化地层的渣土改良技术。

　　(2)通过数值模拟和现场勘测揭示了不同注浆比例系数、注浆压力和浆液弹性模量下的注浆效果及对地表沉降的影响特征;阐明了不同注浆参数下盾构穿越该地层时引起的地表横向变形规律;提出了以注浆参数与地表沉降拟合曲线斜率为指标的评价标准。

　　(3)结合现场实测数据,论证了在富水液化地层盾构端头井加固中使用“三轴搅拌桩+水平加固冶技术的合理性,确定了盾构端头的纵向加固长度。

　　(4)提出了利用塑性改良土+素土回填+井壁支撑的新技术工艺;研究了“先井后隧冶施工技术对盾构机穿越中间风井过程中产生的地表沉降影响,提出了盾构安全通过中间风井的快速施工技术。

　　本项目研究过程中受理授权国家专利7项,获山西省优秀省级工法2项,公开发表学术论文8篇,上述研究成果成功应用于太原市轨道交通2号线南学、学长区间工程的建设中,有效地解决了富水液化地层盾构施工所遇到的技术难题,优化了各项参数,保障了施工质量,加快了施工进度,确保了施工安全。

项目创新点

　　(1)掌握了富水液化地层盾构施工刀盘开口率对盾构工况和地表沉降的影响规律,形成了在特定开口率情况下适用于富水液化地层的渣土改良技术。

　　(2)揭示出富水液化地层不同浆液性质和注浆参数的盾构施工地表沉降规律,提出了该地层沉降量与注浆参数的经验公式及评价指标。

　　(3)研发了“塑性改良土+素土回填+井壁支撑冶的处理方法,形成“先井后隧冶的盾构安全快速施工技术。

同类项目比较

国内外同类项目的比较见表 1。

应用案例

　　项目研究成果较好地应用于太原市轨道交通2号线一期工程南学、学长区间隧道工程施工中,保障了施工质量,提高了施工效率,加快了施工进度,控制住了地面沉降,确保了区间隧道周边各类建筑物的安全,有效解决了富水粉液化地层条件下盾构施工的技术难题,为其他类似工程施工提供了参考和借鉴。部分研究成果已推广应用于太原市轨道交通2号线一期工程的其他隧道工程施工中。

社会效益与经济效益

　　项目攻克了盾构穿越富水液化地层的施工难题,严格控制了周边地表沉降、提高了施工效率,加快了掘进速度,提前12天实现业主下达“洞通冶目标。项目先后夺取了全线第一个车站封顶、第一个区间双线贯通的瞩目成绩,获得了太原市住建委、业主及监理单位的一致好评,为今后类似工程的施工提供了很好的借鉴和参考,社会效益显著。同时该项目多项关键技术共节约成本1040万元,经济效益显著。