盾构法隧道范文

盾构法隧道范文（精选11篇）

盾构法隧道 第1篇

1 工程概况

根据侨香站~香蜜站区间矿山法段左线里程为ZDK20+050.000~ZDK20+390.114, 右线里程为YDK20+050.000~YDK20+386.8, 区间长度:左线为340.114 m, 右线为336.8m, 合计676.914米, 线间距约13.2~27.06 m。本区间隧道纵断面线路以8.2‰上坡掘进。里程ZDK20+373.684~ZDK20+167.903 (YDK20+331.142~YDK20+154.929) 为R600 m圆曲线, 里程ZDK20+050.00~ZDK20+135.346 (YDK20+104.810~YDK20+050.00) 为R650 m圆曲线。隧道拱顶埋深为11.7 m~21.7 m。如图1所示:

2 盾构过矿山法隧道施工

2.1 施工流程

2.2 施工工艺

2.2.1 到达段掘进施工

盾构到达矿山法前30 m为到达段掘进, 到达段盾构到达段的地质为Ⅱ类围岩, 穿越地层为全、强风化花岗岩地层。盾构机进入到达段后, 要严格按照以下要求进行控制:

(1) 在盾构机到达前50米、前10米均需对吊出井及拼装管片段矿山法隧道内所有测量控制点进行一次整体、系统的控制测量复测和联测, 对所有控制点的坐标进行精密、准确地平差计算, 并对激光经纬仪复检和盾构机机头位置人工测量。盾构贯通前30米和10米需对TCA托架三维坐标进行人工复测。

(2) 在盾构机机头进入距矿山法隧道堵头墙15米范围后, 首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速, 并控制出土量。无论在何种情况下, 推力不得大于1000 t, 且盾构机推进速度小于20 mm/min。在抵达堵头墙的最后三环, 须进一步减小推力、降低推进速度, 掘进速度控制在5~10 mm/min。

(3) 盾构机在到达段掘进过程中, 土仓上部压力控制在0.5bar~0.8 bar, 距矿山法隧道堵头墙2 m范围时需进一步降低土仓压力直至采用空仓掘进, 避免由于土仓压力过大造成矿山法堵头墙发生倾斜坍塌。

(4) 盾构机进入到达段时, 首先逐步减少推力, 降低推进速度, 加强掘进出土量的监控频次。其掘进参数见表1, 表2。

(5) 盾构贯通时必须以实测洞门中心为贯通中心点, 刀盘中心位置以人工测量和自动测量的平均值为准。

(6) 地面沉降监测:贯通前20米, 每天24小时进行3次地面沉降测量。

2.2.2 破除洞门

洞门堵头采用玻璃纤维筋, 可直接破除堵头墙洞门, 堵头墙如图2所示。

2.2.3 盾构上导台

2.2.3. 1 圆形导台施工

保证盾构顺利通过圆形矿山法隧道, 需在矿山法隧道底部提前施作混凝土导台。施作导台的目的主要有两个:一是导向作用, 即保证盾构按设计轴线拼装管片通过;二是减少盾构通过后管片的下沉空间并约束管片, 保证管片的拼装质量。本方案中, 盾构机步进中心线比隧道设计中心线高程一致, 水平依照实际姿态数据偏移, 导台标高按照步进中心线设计及施工控制 (详见图3:盾构机导台施工示意图;图4:A型矿山法圆形衬砌结构断面示意图) 。

2.2.3. 2 盾构接收上导台主要工作

盾构机接收上导台施工是指从盾构机刀盘抵达矿山法暗挖隧道, 盾构整体推上导台的施工过程。其工作内容主要包括:盾构机定位及接收洞门位置复核与接收导台位置复核、盾构机被推上导台等工作。

2.2.3. 3 盾构刀具、设备检修

当盾构机机头到达联络通道位置, 并整体处于稳定状态时, 立即组织机械、电气专业人员对盾体部件进行维护和检修。内容主要包括:检查、更换刀具, 检查刀盘磨损、补焊耐磨条, 拆除外沿滚刀以保证盾构最大外径不大于6280 mm。

2.2.4 盾构推进

盾构接收上导台且各方面准备工作都已妥当之后, 开始推进。推进过程中不需转动刀盘, 但要密切注意盾构机刀盘周边与初衬、成环管片与盾尾间的间隙, 使其始终处于良好状态。为保证盾构拼装时能够足够的作用力使管片止水带压密严实, 保证其防水效果, 故于盾构机前方堆置豆砾石堆充填密封土仓, 提供土压力。

2.2.5 盾构管片拼装

盾构在初衬隧洞内拼装管片与正常盾构法施工基本相同, 只因盾构在初衬隧洞内不能作大幅纠偏动作, 需控制好盾尾管片间隙。由于在无正面土压力的状态下推进, 管片的压密程度相对较低, 为保证管片止水带的压密防水效果, 必须加强连接螺栓的紧固, 并用高速气动扳手对连接件进行复紧;尤其加强豆砾堆施加反力时的纵向螺栓 (即环间连接螺栓) 复紧工作。

2.2.6 壁后注浆回填

管片背后回填由盾尾注浆、回填灌浆、喷射小碎石、喷射C25混凝土等组成。利用盾构机自身的同步注浆系统压注水泥砂浆, 控制注浆压力既保证达到对环形空隙的有效填充;通过喷射小碎石在管片脱离盾尾时对管片进行支撑, 以防管片下沉而产生错台, 又确保管片结构不因注浆产生位移、变形和损坏, 同时又要防止砂浆前窜至盾构刀盘前方, 也可使衬砌管片与圆形隧道紧密结合, 提供支护效果, 以提高支护效果, 并增大盾构往前推进的摩擦力, 同时, 小碎石与水泥砂浆紧密结合, 可以形成管片环向支撑, 能有效防止管片下沉或是上浮而产生错台和超限。隧道环面喷射C25混凝土可以有效的建立起防止浆液后串的环箍效果, 提高水泥浆液与豆砾石的混合程度。

2.2.7 盾构离开导台进入盾构法隧道

2.2.7. 1 盾构隧道与矿山法隧道接口的处理

盾构机在圆形隧道步进时中心轴线高程是一致的, 而线路中心线与隧道中心线有些偏差, 由于刀盘外径为6 280 mm, 刀盘径向长度750 mm致使盾构机进入掌子面时, 机头将抬高, 为了使姿态容易控制, 在圆形隧道末端接近掌子面800 mm处, 圆形隧道导台结束, 这样使底部形成20 mm凹槽, 此时刀盘凸出部位可以刚好嵌入该凹槽。具体如图5所示。

2.2.7. 2 初始进入盾构法隧道施工控制

进入围岩时, 依据采取慢推进, 低转速, 减少推力方式, 当盾体完全进入土体后, 再逐步增大推力, 在施工过程中必须随时关注盾体自身的旋转量并调整好盾构姿态, 若有异常情况立即汇报项目部。掘进参数如下表:

3 结束语

本文结合工程实际对盾构过矿山法隧道施工工法的施工方法、关键技术, 以及需要注意的控制点进行了分析阐述, 主要表现在以下方面:合理布置施工竖井, 制定科学合理的工程筹划方案, 缩短施工工期, 采用科学合理的工期补救措施, 确保合同施工总工期的要求, 对于遭遇特殊情况的盾构隧道施工至关重要;矿山法隧道尺寸的选取必须遵循科学规律和施工队伍施工精度控制的实际情况, 选择恰当的隧道尺寸是保证施工顺利进行的关键;盾构在矿山法隧道中推进, 控制隧道轴线非常关键;由于盾构推进过程中前方没有推进阻力, 管片之间不能够很好地压紧密贴, 必须采取措施保证管片的防水质量;盾构通过矿山法隧道之后, 恢复正常推进的施工方案和质量控制, 也是该施工工法施工成功的一个重要控制点。

摘要：本文结合施工实际, 阐述了盾构拼管片通过矿山法隧道的施工方法, 对盾构工法的类似工程有较好的借鉴作用。

关键词：盾构,矿山法,隧道施工

参考文献

[1]周文波.盾构隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[2]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

地铁区间隧道盾构法掘进的控制？ 第2篇

1，施工中发现硬岩岩渣的流塑性很差，施工中需调节泡沫剂的用量来改良岩渣的流塑性。这样可以使螺旋机出土更通畅，形成更好的土塞效应来控制土仓内的压力。

2，在硬岩地层掘进中，围岩对盾构机的扰动比较大，容易发生盾构机的自转和振动比较大的情况。掘进中应控制好盾构的掘进姿态，在改变掘进姿态时需平稳过渡，

改变过猛会加大对刀具的磨损，影响管片拼装的质量（容易发生管片破损、错台现象）。同时也以通过反转刀盘来调节盾构机的滚动角，纠正盾构机的自转偏离。

3，由于围岩的强度比较高，刀具在挤压切削岩体时会释放大量的热量，导致刀具温度急剧升高，这样就加速了刀具在挤压切削岩体的磨损，同时也导致土仓温度升高，土仓温度很容易高达80℃，隧道的温度也很容易达到40℃，严重影响到了正常的盾构施工。对于刀具我们可以及时的加入泡沫剂和润滑剂来改良土壤的质量和降低刀具与围岩的摩擦。对于环境温度的上升我们可以通过冷却循环水系统来降低环境的温度，保证盾构施工的正常进行。

盾构法隧道施工管片渗漏防治浅析 第3篇

【关键词】管片渗漏；防治方法；盾构法

盾构隧道渗漏是指隧道管片纵环接缝之间或结构表面出现湿渍、滴水、线漏、和泥沙等现象。地铁隧道渗漏容易导致漏电、断电、信号不稳定甚至中断等一系列问题。经研究表明，在软土中隧道渗漏导致地面和隧道沉降随隧道渗透系数比的增加而增加，在完全渗漏的情况下，衬砌渗流速度为0.15L/m2d时，隧道最大沉降约达20cm，并产生沉降槽，影响隧道内轨道平整、行车安全、乘坐的舒适性以及对地面建构筑的安全。

通常采用隧道内注浆、封堵等处理措施，可以在短时间内减少或阻止漏水，但不能保证长期安全，由于水流的渗透还会重新出现渗漏现象，或是堵塞后的水从新的地方渗透，形成新的漏点。

1.管片防水结构的设计

管片防水材料使用的是高抗渗等级的混凝土，并且采用防水材料是弹性止水条，它的耐久性和防水效果都已得到证实，管片接缝按设计要求进行嵌缝，螺栓孔采用遇水膨胀橡胶垫防水。

2.管片渗透的原因

2.1地理位置因素

地质条件是隧道施工的基础，在盾构法隧道施工过程中，我们必须要特别重视工程地质水文特征。地下水普遍存在于隧道四周，他是造成隧道管片渗漏的主要原因。不同的地质条件、承压条件和补给形式均会对隧道管片渗漏产生不同的影响。在同等条件下隧道穿越砂层比穿越淤泥层更易造成管片渗漏。总体而言，地下水量越丰富、水量越大、压力越大、腐蚀性越强，就越容易形成隧道管片渗漏。所以在盾构法隧道设计施工过程中，我们要对地质水文条件仔细研究，针对性的采用防治措施，避免因工程水文地质资料掌握不全或不准确而造成设计施工的防水方案出现问题。

2.2管片设计因素

目前我国的地铁隧道通常外径约为6m，采用钢筋混凝土管片衬砌。每一个环衬砌由六块管片组成，管片采用高精度的管模制作。地铁盾构法隧道一般采用单层预制混凝土管片拼装衬砌，为圆形断面结构，防水施工主要包括：管片衬砌结构自防水、衬砌外防水涂层、衬砌接缝防水嵌缝、螺栓孔防水、渗漏处理。

控制隧道渗漏水质量的主要施工工艺：管片衬砌结构自防水、衬砌接缝防水、盾尾充填注浆。在管片的设计上我们通常是在管片间用螺栓拉紧连接成环并拉紧，管片螺栓采用遇水膨胀橡胶圈止水，但衬砌的构造不可避免地使管片间存在缝隙，应通过相邻管片间的橡胶止水带相互挤密压实，从而阻止地下水从管片外侧进入隧道内达到止水效果。密封垫是管片接缝唯一的防水设计，管片之间必须提供足够的压力，其次密封垫的材料性能要良好，能长时间保持接触面应力不松驰，这样才能减小因管片设计出现的错误而引起渗漏。管片与管片间如用螺栓连接，在拼装中螺栓密封止水圈就会被损坏或遇水膨胀而失效，又或者因螺栓没拧紧而使渗漏水在螺栓孔内聚集并溢流。

2.3盾构法施工时的失误

⑴在盾构机推进过程中，盾构姿态较差、注浆不饱满或注浆压力过大等造成管片错台、破损、开裂，从而形成渗漏。影响盾构机姿态较差的因素有很多，例如地质条件软硬不均、过急纠偏、管片选型错误、盾构导向系统错误等。盾构机如果在姿态较差的情况下推进，盾尾与管片产生了挤压，最终就会造成管片错台、破损，严重时管片开裂形成通缝。

⑵盾构机前方压力不足、管片连接螺栓未紧固到位等均会造成管片间压紧力不足，密封垫松弛形成渗漏。当管片拼装完成后，采用管片螺栓人工锚固，此时压紧力不足以使密封垫紧密，在盾构机推进时，推进油缸对盾尾附近管片提供等量于盾构机推力的作用力，管片密封垫逐渐达到密实，此时如不对管片螺栓进行二次紧固，待盾构机推进完后，压紧力消失，管片恢复至松弛状态造成压紧力不足，施工中常常被忽视。

⑶在管片拼装过程中，管片间杂物未清理、加贴石棉楔子、密封垫脱落形成较大缝隙造成渗漏。盾构机在长距离掘进后或者盾构姿态长期处于较差状态，对盾尾密封刷造成严重损害，如不及时更换，则会引起盾尾大量漏浆，浆液聚集后不但影响管片安装效率，还会造成管片、密封垫间夹杂泥沙，形成缝隙。密封垫一般与混凝土管片进行人工粘贴，如粘贴不牢固、粘贴后遇水提前膨胀都可能造成密封条在拼装中脱落，若不及时处理，则形成缝隙，也会引起渗漏。

3.渗透的预防方法

3.1加强对管片的管理

提高管片的制作精度和质量是防治渗漏问题重要工作。控制好水平拼装环，使纵缝间隙小于2mm，确保管片密实无裂缝；采用高频振动台加强振捣，确保混凝土密实，抗渗要求达到设计标准。加强管片的起吊、运输及堆放管理，堆放时应在下方垫放枕木，避免出现贯穿性的裂缝。若损坏不严重可修补，否则重新调换后继续进行工作。

3.2合理施工

盾构姿态控制实际上就是将盾构机轴线尽量保持与设计轴线重合，避免因为姿态不好而造成盾尾间隙过小引起管片错台、破损。比如地质软硬不均、过急纠偏等都可能造成盾构姿态偏差，当盾构机遇到软硬不均地层时，需要降低掘进速度，合理调节各个千斤顶的推力，有必要时还要考虑在硬岩区使用超挖刀进行超挖。正确合理的施工是保证工程正常进行的必要因素，充分利用盾构机的铰接功能，例如进入上软下硬地层时，为了防止盾构机抬头，要启动铰接油缸，保持下俯姿态；反之则要保持上仰姿态。如果盾构姿态发生偏移、偏转和俯仰，就要进行纠偏。施工时轴线的纠偏是一个过程，可能要连续几环才能得到控制，所以在出现偏离轴线趋势时，就应该及时调整千斤顶的行程差，以免过量纠偏使环缝加大而引起漏水。

3.3正確使用止水条

选用质量合格且与管片型号匹配的止水条非常关键，粘贴须平整牢靠，冬季时还需经烘箱预热处理。使用时管片的表面要平滑，不能有孔和缺边，所以角部加贴的自粘性橡胶缓冲薄片的厚度、长度应符合设计要求。还要用稀释液清洗止水条和管片，如果用遇水膨胀橡胶止水条，它吸水后产生的膨胀压力可以抵抗水的渗透压力。由于在施工期间会常遇到下雨天或者隧道底部积水，所以操作不当会使止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水膨胀、变形，影响止水效果。如果用加厚型氯丁橡胶止水带，其通过止水带与砼面产生一定的压紧力来止水。我们应及时对止水条进行检查，如出现损坏或脱落，要修补至达到规定要求，否则重新调换。

4.渗漏后处理措施

无论是隧道的何种渗漏，一经发现必须立即处理。堵漏的原则为大漏变小漏，缝漏变孔漏，即将大面积的渗漏水缩小为小面积或集中于一点，最后堵塞漏水。采用直接堵漏法和下管堵漏法。直接堵漏法是将制好快干水泥搓成圆锥形或条形塞入管片的漏水处，用力压实。当渗漏量较大时可采用下管堵漏法，用快干水泥塞入缝槽内，将一根直径20～30mm的铝管埋在漏水处剔好的槽内，把铝管周围的沟槽或圆槽用快干水泥灌满并压实。待水泥达到一定强度后，通过压浆机向管内压入环氧树脂砂浆直至密实，待漏水点停止渗漏后将孔进行封闭。

5.结语

盾构法地铁隧道施工渗漏处理技术是一项复杂的系统工程，主要涉及到工程材料、施工操作和管理维护等因素。在整个施工和治理的过程中，我们要因地制宜、综合处理问题。通过分析渗漏的原因，采取针对性解决方案，在地铁施工实践中取得良好效果，提高了地铁隧道工程施工质量。

参考文献

[1]吴笑伟.国内外盾构技术现状与展望[J].建筑机械，2008

盾构法隧道施工防水浅谈 第4篇

关键词：盾构法,隧道施工,防水

1、前言

盾构隧道由于结构和施工的特殊性，其防水设计有别于现浇明挖及矿山、沉管结构。由于早期盾构法施工费用较高，我国地铁采用盾构开挖法起步较晚，基本上是从20世纪90年代中期才开始，其防水和防腐设计也是在总结经验教训和借鉴国外设计理念中不断向前进步的。10多年来，我国盾构防水设计经历了从简单关注接缝防水到将管片自身防水防腐、接缝防水、管片制作、管片外注浆、止水材料适应沉降及管片变形能力、手孔及螺栓防水等进行综合考虑的过程，使盾构防水摆脱了单纯注重接缝防水的初级阶段，形成了一个完整的防水体系，保证了盾构防水效果。

2、盾构法隧道施工防水原则与方法

根据《地铁设计规范》（G B 5 0 1 5 7-2 0 0 3）和《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）并结合考虑本标段的工程环境、地质水文等条件，本着使用安全、经济合理的精神，区间按下列原则确定防水模式：强调结构自身防水并遵循“以防为主、刚柔并济、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则。

区间隧道及联络通道等附属结构的隧道结构防水等级应为二级，各部位防水等级为：隧道上半部不允许滴漏，结构表面可有少量湿渍；总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000，任意100m2防水面积上的湿渍不得超过2处，，单个湿渍的最大面积不大于0.2；在隧道工程中整条隧道的平均渗漏量不得大于0.05L/m2·d，任意100m2的渗漏量不得大于10L/d。

结构施工缝和变形缝应有可靠的防水措施，防水材料可采用橡胶止水带、防水嵌条等。施工中应采用各种有效措施，减少结构裂缝的产生，提高结构防水能力。

3、盾构管片防水

3.1、管片抗渗性能验证

通过对采购的管片进行抗渗试验，应达到设计要求。试验的方法一般如下：从经水养护7天以上的管片抽取10%的数量做抗渗检漏试验，试验抗渗压力为1.2MPa，恒压6小时，渗透深度不超过50mm。在对初始生产100环进行检验并合格后，可将抗渗检漏比例改为5%，但每台班至少抽检一块，由专职检验人员检验并做好记录。

3.2、盾构隧道接缝防水

盾构隧道管片接缝处的防水结构如图1。

为了满足接缝防水要求，在管片接缝处设置了框形三元乙丙橡胶和水膨胀橡胶组成的弹性密封垫和嵌缝两道防水措施，并以弹性密封垫为主要防水措施。由管片厂进行加工粘贴。管片运至施工现场后避免日光直接照射、雨水侵蚀。

嵌缝槽密封材料内部嵌填采用遇水膨胀橡胶腻子；外部密封材料采用氯丁胶乳水泥。

3.3、隧道管片嵌缝防水

根据设计要求，隧道管片需作嵌缝处理，该项工作需在隧道贯通后道床铺设前进行。嵌缝流程见下图, 图中尺寸单位：mm。

(1) 施工方法。清理管道内的泥水和附着在管片表面的注浆材料，二次紧固螺栓，需达到以下要求： (1) 所有的嵌缝槽内均不得有渗漏水部位，否则应先进行堵漏处理； (2) 所有嵌缝槽如有缺陷应先进行修补； (3) 所有的管缝（环缝和纵缝）必须清理干净； (4) 管道内表面保持干净，封堵前，施工部位必须保持干燥； (5) 所有螺栓必须拧紧，表面不允许有泥水和其它异物； (6) 清理完泥水必须运出，严禁堆积于管片底部。

首先在环、纵缝内刷涂YJ-302界面剂，再嵌入闭孔泡沫聚乙烯棒或PE薄膜，然后在环、纵缝内填入氯丁胶乳水泥至与管片内面平齐，变形缝衬砌环两侧的环缝使用双组分聚硫密封胶。

(2）注意事项。 (1) 涂刷界面剂，如涂刷后24小时没有填密封材料，须再刷一次； (2) 现场拌和密封材料，每次最多拌合2～3kg，随拌随用以免失效； (3) 密封材料封堵后，在其未干前，用腻子刀调整刮平，要顺同一方向，避免来回多次抹压，要用刀的背面轻轻在密封材料上滑动，使其形成光面； (4) 嵌填完毕后养护2～3次，施工现场须清扫时，一定要在密封材料干燥后进行，以防止污染或破损； (5) 管片进场应进行严格的验收； (6) 拼装时注意胶圈保护； (7) 发现损坏及时更换。

3.4、管片手孔处理

根据设计要求，隧道完成以后，要对隧道衬砌管片的全部手孔进行混凝土处理，该项工作需在隧道贯通后道床铺设前进行。

(1) 施工方法。清理隧道内衬砌管片手孔内的泥水和附着在管片表面的注浆材料，再次紧固螺栓。必须达到以下要求： (1) 所有的手孔内必须清理干净，确保孔内无污泥、污水等杂物； (2) 清理完成后隧道内管片表面保持干净，封堵前，手孔内必须保持干燥； (3) 所有的螺栓必须拧紧、擦拭干净，螺栓表面不允许沾有泥水和其它异物； (4) 清理完的泥水必须及时运出，严禁堆积于管片底部。

施工时，首先在管片手孔内表面刷涂混凝土界面剂，待界面剂干燥后，用微膨胀水泥砂浆填入手孔内，用抹子压实，在砂浆干透之前必须保证压两～三遍，砂浆表面不得低于或高于管片表面，表面不能有裂缝。

(2) 注意事项。 (1) 涂刷界面剂，如涂刷后24小时没有填密封材料，须再刷一次； (2) 现场拌和材料，每次最多拌合2～3kg，随拌随用以免失效； (3) 密封材料封堵后，在其未干前，用腻子刀调整刮平，要顺同一方向，避免来回多次抹压，要用刀的背面轻轻在密封材料上滑动，使其形成光面。

3.5、注浆孔防水

二次注浆结束后，清除注浆孔内残留的浆液，使用止逆阀和螺旋管塞、密封垫圈进行防水, 因为密封圈会发生蠕变而松弛，在施工过程中需要对螺旋管塞进行二次拧紧。在贯通掘进中，考虑到盾构进入接收井时因盾构前方无土压故盾构对后方的管片的压力较小，致使管片间的橡胶止水圈的压缩量达不到设计的要求，防水效果也达不到要求。需要将进洞一定范围内管片用拉紧联系连接起来，在拉紧联系上施加预应力。拉紧联系在洞口永久防水结构施做完毕之后再行拆除。

4、特殊接口防水施工

洞门是盾构隧道与工作井（车站）的连接部位，是施工防水的难点也是重点，这些部位拐角多、结构复杂、施工缝和变形缝多；还有在盾构进出隧道时推力小，管片缺乏后座鼎力时管片间的压力相对较小，接缝不密实，易漏水，靠近洞门的盾构区间隧道要重点对待。应注意以下几点：

(1）盾构出洞时，采用特殊帘布橡胶圈及可靠的固定装置减少漏泥，漏水，并在洞口进行注浆，用特殊形式的止水带与遇水膨胀橡胶止水条、密封胶加强抗裂与防水；

(2）在拆除管片前，先从注浆孔注浆以减少渗水；

(3）拆除管片后如还有渗水的部位，必须继续注浆封堵。

5、联络通道处的防水

由于联络通道是在隧道施工完成后，再采用暗挖法施工完成的，所以盾构区间结构和通道结构的结构相交边缘的防水是整个区间防水的重点。以下是设计中采用的处理措施：（1）首先加大通道接缝处的结构断面，以提高此处的结构刚度，减小通道接口处结构变形，同时也提高了结构自防水的能力；（2）特殊管片开洞周围与通道结构相交面采用SBS防水层，和两道封闭的水膨胀橡胶止水条；（3）通道初衬及二衬间采用无纺布和ECB板防水。

参考文献

[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社.1997

[2]冯晓燕.隧道盾构工程衬砌管片接缝防水技术[J].西部探矿工程.2002

[3]朱祖熹.隧道防水的创新技术及值得重新认识的问题[J].中国建筑防水.2007

[4]地铁设计规范[S].GB 50157—2003

[5]黄威然.泥水盾构越江工程施工技术研究[D].天津大学硕士论文.2005

[6]周文波.盾构法施工技术及应用.2004

[7]冯晓燕.地铁隧道盾构工程衬砌管片接缝防水技术[J].现代隧道技术.2002 (5)

盾构隧道障碍桩拔除方案 第5篇

【摘要】 通过对三个方案的对比分析确定了障碍桩爆破冲抓方案,给出了障碍桩爆破冲抓方案原理、方案及施工方法和要点。

【关键词】 障碍桩挖拔方案;障碍桩爆破冲抓方案

一、工程概况

盾构隧道洞身范围发现某高速公路改扩建施工的0号桥台的承台桩4根,其中2、3号承台桩在隧道施工范围内,距离线路中心线分别为1.77m和2.12m;承台桩直径D=1.2m,桩长26m,钢筋笼长26.86m,钢筋笼主筋为20根φ28螺纹钢,箍筋为φ10圆钢,加强筋沿桩长方向为φ28@2000,混凝土采用C25水下灌注砼。此里程段隧道顶埋深11.5m,2根承台桩全部侵入隧道洞身范围;该段地下水位位于地下-12～13米,土层由上至下依次为:杂填土、黄土状土、粉质粘土、粉细砂、中砂、粗砂,桩底处于中砂层。

根据现场实测的环境情况,2号桩距离西边的高压线塔垂直距离42.6米,距南边的北三环人行道14.4米;3号桩距离东边的便道57.05米,距离北边的绕城高速路基面27.7m。拟建地形平坦开阔,地表为绿化带,基坑影响范围内土层多为黄土状土、杂填土,地质条件较好,且开挖土层多在地下水位以上。

二、障碍桩拔除技术方案分析

方案一、碍桩拔除方案。障碍桩拔除的工作原理是解除(桩周土层作用于桩侧表面的)桩侧摩阻与桩身自重,将桩拔出地表。由于桩侧摩阻与桩身自重非常大,使用目前常规的拔桩方法(直接拔),起吊设备是无法直接将弃桩拔出地表。核心问题就在如何解决桩周摩阻力,根据南京地铁二号线类似拔桩施工经验,准备采用套管钻进法来解决此问题。

方案二、障碍桩挖拔方案。挖拔结合施工共分为两个步骤,首先放坡开挖上部9米高度范围的土体,割除此段开挖面以上的桥桩,采用套管钻进,钻机拔除的方式将剩余17.5米的桥桩拔出地表。由于26米桩本身自重和桩周侧摩阻力都非常大,采用传统的套管钻进方法在钻进过程中可能存在由于机械扭矩过大,断裂、卡壳等风险,采用挖拔结合的方案可减小桩身自重(原桩身自重76.3吨,开挖截桩后桥桩自重50吨)和摩阻力(原桩身侧摩阻435吨,开挖截桩后桥桩侧摩阻345吨),同时缩短了套管钻进的埋置深度,降低了施工风险。

方案三、障碍桩爆破冲抓方案。利用钻孔机械在每个灌注桩钢筋笼中心钻孔,沿孔深装填药包,实施控制爆破,再采用冲击钻冲压破碎的钢筋砼桩体,并将桩体打入隧道下方。本方案施工快捷经济,质量易于保障,药包分段毫秒延时爆破,可完全控制爆破危害,确保施工及周围建筑安全。

通过方案比较,选择障碍桩爆破冲抓方案为实际施工方案。

三、障碍桩爆破冲抓方案

技术原理。爆破冲抓方案是先对灌注桩实施钻孔控制爆破,后采用冲击钻冲压破碎的钢筋砼桩体,并将桩体打入隧道下方2m位置,冲压完成后用M0.5砂浆回填冲击钻留下的桩孔,其施工原理和钻孔灌注桩一样,采用导管法灌注M0.5砂浆,填充桩孔。

技术方案。(1)拆除桩基础。采用冲击钻冲压桩体,冲压深度可按照至隧道下方2m位置控制。(2)每钻孔1米后下吸盘及抓钩,清除箍筋及加强钢筋。(3)如果有未清除的钢筋,则采用在原桩位旋挖直径1.5米的桩,保证完全清除。(4)桩体处理后,用M0.5砂浆回填冲击钻留下的桩孔,其施工原理和钻孔灌注桩一样,采用导管法灌注砂浆,填充桩孔。冲击锤冲抓施工方法及工艺操作要:冲击锤冲抓施工方法为先垫设钻机平台,然后用冲击锤冲孔法将钢筋砼桩体冲碎,施工方法及工艺操作要点:

(1)钻机就位:按照实测桩位坐标,测放桩位,报请监理工程师复测,复测无误后开挖埋设护筒。

(2)埋置钢护筒:为防塌孔,护筒顶端标高高出原地面50cm,并在顶部焊接加强筋和吊耳,开出水口,护筒底部埋入原地面以下不小于1m,护筒四周1m范围内必须保证为粘性土并至护筒底0.5m以下;钢护筒直径应比桩径大10～20cm;钻进过程中要经常检查护筒是否发生偏移和下沉,并及时修正护筒位置。

(3)冲桩:冲锤不应小于桩体直径,冲锤采用φ1300mm的标准。钻进过程中应经常注意冲锤的磨损,每进尺1m后应提取钻头,用尺量钻头大小并做好详细记录,若小于桩体直径,应尽快补焊以达到要求。

(4)清孔: 终孔检验合格后,立即进行清孔工作,采用换浆法清孔,清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度,以防塌孔。

(5)灌注M0.5砂浆:灌注M0.5砂浆采用导管法。导管接头为卡口式,直径300mm,壁厚10mm,分节长度1m～2m,最下一节长5m。导管在使用前须进行水密、承压和接头抗拉试验。

参考文献

盾构法隧道 第6篇

根据深圳地铁工程地质情况调查,深圳地铁1号线多处通过花岗岩球状风化地层,俗称“孤石”层,花岗岩球岩单轴抗压强度在200MPa以上。在深圳地区,盾构多次穿越上软下硬的残积土复合地层。以深圳地铁一期工程为例,深圳一期工程包括东西1号线和4号线,全长21.4 km,其中约有19 km分布燕山期花岗岩风化残积土。国内在如此复杂地层采用盾构法施工较少,在广州地铁一号线、三号线遇到过类似情况,在采用土压或泥水盾构施工时,遇到部分强度差异大的不稳定软硬不均地层,均进度缓慢,且多次发生地层坍塌甚至楼房倒塌事故。盾构穿越“孤石”地层是盾构隧道施工的重点与难点。因此,仔细研究“孤石”形成成因及其处理关键技术对盾构法施工及其重要。

2、“孤石”形成原因

花岗岩的主要矿物成分为石英、长石及少量的黑云母、角闪石。花岗岩残积土中的长石、云母、角闪石已完全风化,唯有石英矿物残留成石英角砾。从残积土的颗粒组成来看,属于由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间颗粒的混合土,兼有砂土和粘性土的性质。从深圳地铁一期工程沿线花岗岩残积土的分布来看,砾质粘性土大约占了80%~85%,砂质粘性土约占15%,粘性土只占不到3%。

“孤石”属于花岗岩残积土的不均匀风化,包括囊状风化和球状风化。深圳地铁1期工程中“孤石”主要表现形式为球状风化,即残积土中存在球状中等风化、微风化岩体。球状风化的成因主要是由于岩石岩性不均匀、抗风化能力差异大,加之断裂构造发育及岩体的次生裂隙导致岩体破碎,抗风化能力减弱,在深程度风化情况下所形成的。一般于地形平缓,风化带厚度较大的地区较发育。风化球一般见于残积土的下部。单个风化球的最大竖向尺寸一般不超过风化带厚度的1/10,多呈水平椭球体。主要是以花岗岩、片麻岩为主的混合岩地层;岩石单轴抗压强度80~150MPa,石英含量高和脆性大,局部硅化角砾岩单轴抗压强度达180MPa。

球状风化的野外判定:(1)风化球与风化带的风化等级呈突变;(2)风化带的矿物成分中斜长石的含量高于钾长石含量,而风化球中的钾长石和斜长石比例正常、裂隙不发育。

3、工程难点与重点

盾构穿越该类地层的风险主要表现为盾构姿态控制困难,开挖面稳定性控制难度大。盾构在该类地层中掘进,常发生盾构偏离轴线、喷涌、开挖面失稳、结泥饼、刀盘刀具严重磨损、甚至在岩层中发生因边缘刀具磨损严重而使“盾构被围岩卡住”等风险事件。

4、施工措施

(1)精心设计制作刀盘,在保留原刀盘对软岩、软土地层的适应性的基础上,着重提高刀盘对硬岩的破岩能力和对软硬不均地层的适应性。

根据实际的地质条件,在刀具的选型及布置上着重增强其对地质的适应性。在掘进中加强对刀具的管理制定详细的刀具管理计划以及刀具监控检查和更新方法,严格按计划换刀。

(2)严格控制盾构机姿态。

盾构机配备一套VMT自动激光导向系统,主要由激光全站仪、电子激光靶、控制箱、计算机及其它配套硬件和软件组成。用于盾构掘进方向控制。一旦隧道线形发生偏差,须进行精度控制及纠偏,在盾构机纠偏过程中必须注意如下事项:

①在改变刀盘转动方向时,切换速度不宜过快;

②根据掌子面地层情况及时调整掘进参数,避免引起更大的偏差;

③蛇行的修正应以长距离慢慢修正为原则,如修正得过急,蛇行反而更加明显。

(3)调整盾构掘进施工参数和加强对盾构机状态控制。

盾构由软土层进入全断面岩层时,推进状态即由土压平衡状态向半土压平衡状态过渡,设定的土压力值根据实际情况降低,调整同步注浆量和注浆压力、调整各区域油压差,改变千斤顶的合力位置,放慢推进速度。

盾构由全断面岩石层进入软土层,推进状态由半土压状态向土压平衡状态过渡,这时,需根据土压平衡原理设定土压力值,以确保开挖面稳定。同时调整注浆量及注浆压力,提高盾构与隧道轴线的相对坡度,调整各区域油压差以改变千斤顶合力位置,同时加快推进速度。

(4)及时换刀

在软硬不均及硬岩地层施工时,一般中心双刃滚刀磨损达到20 mm、正滚刀磨损达到17mm、边滚刀磨损达到15 mm时,即进行刀具的更换。

(5)加强勘测与监测。勘测时应注重:

①软硬不均地段的硬岩分布位置和占开挖面积,软土的类别和相应参数;

②硬岩侵入隧道的高度和走势;

③硬岩的风化状况、裂隙发育情况、强度和整体性;

④是否有孤石或其它硬质夹杂体存在;

⑤软硬不均地段的上方覆土类别。

根据地质剖面图及随时监控出土时土的性质确定转换界面,在不同转换界面位置设置监测点,随时监测土体位移及地面沉降,根据监测信息及时调整施工参数。

(6)螺旋输送机转速的选择

在上软下硬地层中,土压的保持是非常重要的。由于软岩部分非常容易坍塌,而硬岩部分因硬度较高不易切削,为保护刀具需要降低掘进速度,但此时的掘进速度对软岩部分的稳定非常不利。因此要保证掌子面的稳定性需要保持较高的土压,要求螺旋输送机的出碴量小,转速一般保持在3~8r/min之间。

5、工程实例

深圳地铁一号线续线深大站-桃园区间全长1957.12m,区间线路最大坡度为6.4 4 8‰,最小坡度为2‰,隧道穿越的地层以花岗岩残积层砾质粘性土为主。其间多处遇到“孤石”地层。

盾构机自始发后,隧道范围内实际地质情况如下表所示:

处理孤石措施,可以总结为:

降水——>开仓前准备——>检查土仓情况——>开仓清理——>刀具更换

开仓前首先对土仓进行检查。打开土仓的泄水孔看是否有水流出。如果有水流出则继续降水,直至泄水孔中无水流出为止。通过土仓壁上的球阀判断土仓内的浆液是否已完全凝固。如果土仓出内基本无水且土仓内的浆液已基本凝固,则可进行开仓清理工作。

在清仓过程中,一边凿除一边对刀具进行拆除和更换,凿出一把,更换一把。对于难以安装的刀具,先拆除,待土仓清理完成后转动刀盘再进行更换。每更换一把刀具要对周围的空隙进行纱布封堵。

施工过程中加强监测频率,24小时现场进行监测。如单日沉降大于10mm,则需要24小时监测。对每日的监测数据进行评估,及时判断换刀施工是否安全,能否继续进行。

6、结论

对盾构法施工而言,穿越软硬不均且含有“孤石”地层确实是盾构法施工的重大难题,并且施工风险也很高。精心策划、科学组织、规范施工、严格过程管理控制是克服施工难题、控制施工风险的保证。在施工时充分估计困难和风险、采取必要的辅助措施,并充分准备应急预案,做到有备无患是克服施工难题、控制施工风险的必要手段。

参考文献

[1]邱林,黄汉盛.深圳地区花岗岩风化球成因探讨及勘察对策[J].广东地质.1997,12(4):16-20

[2]尤显明,杨书江.短距离硬岩及上软下硬地层盾构法施工技术[J].都市轨道交通.2007,32-34.

[3]鲍晓东.深圳地区花岗岩残积土工程特性的研究[J].铁道建筑.2004(2):72-74.

盾构通过矿山法施工隧道段关键技术 第7篇

在对隧道段施工的过程中, 应充分运用现代化施工技术, 提高隧道段施工的质量及效率, 确保隧道段施工的安全进行, 进一步降低隧道段施工的难度, 实现最佳的施工效果。盾构通过矿山法是目前在隧道段施工中广泛应用的一种施工技术, 其主要的施工原理是采用矿山法将岩土层进行爆破和清除, 然后利用盾构机从盾构隧道内重新进入土体进行掘进, 通过此种方法, 能够有效的提高隧道段施工效率及安全性。现进行详细介绍:

1工程概况

香梅站~景田站区间线路出香梅站后沿红荔西路向东前行, 侧穿香蜜新村25、26栋, 先后下穿景田东人行天桥、香蜜新村西区1栋, 东区1栋、2栋, 继续侧穿鲁班大厦, 之后线路以400m曲线半径左拐进入市政大院片区, 下穿该片区18、19栋建筑后以360m曲线半径拐入景田路, 线路转为沿景田路向北铺设, 下穿狮岭公园人行天桥, 分别侧穿景田综合市场、景龙小学、福田区图书馆大厦、天平大厦、碧景园、擎天华庭、妇儿大厦、万托家园等9栋建筑物后到达景田站。隧道两端主要穿越硬塑状砾质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、全风化花岗片麻、混合岩、强风化花岗片麻、混合岩;中间段左、右线隧道共约1200m隧道穿越中风化花岗岩、微风化花岗岩、中风化花岗片麻、混合岩、微风化花岗片麻、混合岩。在对香梅站~景田站区间隧道施工的过程中, 主要采用盾构通过矿山法进行, 而在文章的研究中, 也主要对盾构通过矿山法相关的关键技术进行了细致的分析。

2盾构通过矿山法施工隧道段关键技术分析

在采用盾构通过矿山法进行隧道施工的过程中, 主要会应用到导台施工技术、盾构机姿态控制技术、管片填充技术、防止盾构机“磕头”技术、二次注浆技术、支顶回收技术、特殊情况的处理技术等等。通过科学应用上述技术, 能进一步提高隧道段施工的质量, 确保隧道段施工工程的顺利完成。以下主要结合具体的施工技术进行详细的分析。

2.1导台施工技术

在利用盾构通过矿山法对隧道段进行施工的过程中, 首先会应用到导台施工技术。所谓的导台施工技术主要就是指, 对隧道底部的导向平台进行针对性施工。导向平台的主要的作用在于能够为盾构机前进进行导向。具体施工技术应用如下:导向平台主要采用的是混凝土施工法, 高度在15cm左右, 导向平台的高度和弧线应实施有效的控制在误差允许范围内[1]。此外, 应注意, 在实际的施工中, 应确保导向平台的弧长与隧道中心的夹角呈现60度左右, 这样才能够更好地为盾构机进行前进导向, 确保隧道段施工的质量, 促进隧道段施工的顺利进行和顺利完成。

2.2盾构机姿态控制技术

在实际的隧道段施工过程中, 应科学的利用盾构机姿态控制技术, 确保盾构机前进方向的规范性。具体如下:在推进盾构机的过程中, 应采用交叉使用竖直位置和水平位置两组推进油缸向前推进。具体操作时使用水平两组油缸推进30cm时, 停止推进并收缩油缸, 再使用垂直两组油缸推进30cm后, 停止并收缩油缸, 不停地交叉使用[2]。另外, 还应该注意, 在实施的过程中, 需要求施工人员应严格按照具体的推进距离进行油缸的推进, 避免由于推进距离不规范而影响到盾构机的姿态, 最终也将会影响到隧道段施工的质量。

2.3管片填充技术

在采用盾构通过矿山法对隧道段进行施工的过程中, 需要对管片进行填充。具体的填充过程如下:首先, 在管片填充顺序方面, 应采取先下部后上部的规则, 先填充导台, 然后填充左右两侧, 最后填充隧道的上部[3]。另外, 需要注意, 应在导台的填孔内填满豆砾石, 而在其他的地方, 只要填一定数量的豆砾石即可, 通过此种方式, 能够确保管片填充的质量。

2.4防止盾构机“磕头”技术

在进行隧道段施工的过程中, 经常会出现盾构机“磕头”的问题, 而此类问题的出现, 将会严重的影响到隧道段施工的质量, 也会影响到隧道段施工工程的进度, 不利于隧道段施工的顺利进行。在实际的施工过程中, 会用到防止盾构机“磕头”技术。实际上, 盾构机“磕头”问题的发生主要与刀盘切入端墙有关, 很多的盾构机由于自重问题, 出现“磕头”情况。因此, 应对盾构机的姿态进行合理控制, 并且合理把握推进的速度, 如果速度过快, 也会出现盾构机“磕头”问题。只有合理的把握盾构机推进的姿态以及推进的速度, 才能提高施工的效率, 确保盾构机效能的最大发挥, 出现最佳的施工效果[4]。

2.5二次注浆技术

在实际的工作中, 需要从洞门开始进行的二次注浆, 以便于将缝隙填密实。在实际的注浆中需要注意, 由于管片会受到浆液浮力的影响, 进而导致管片的上浮。在此种情况下, 应在管片上面安装支顶, 从而能够有效的阻止管片的上浮, 确保灌浆的质量, 进而通过有效的灌浆, 确保缝隙更加密实, 实现最佳的灌浆效果[5]。在二次灌浆结束之后, 还应对整个隧道的高程进行测量, 以确保管片最大的上浮量在1.5mm以内, 进而高质量的完成二次注浆工作。

2.6支顶回收技术

支顶回收工作主要是在二次注浆之后, 注浆浆液已经将管片包裹密实。可以将隧道内的支撑管片的支顶全部回收, 并且管片不会发生变形, 从而能够节省施工成本, 确保施工企业的经济效益。另外, 还应该注意, 针对于一些无法卸掉的支顶, 如, 阻力过大或者是被卡住而无法回收的, 可不进行处理。

2.7特殊情况的处理技术

利用相应的技术对特殊情况进行有效处理, 具体包括如下几个方面。 (1) 进洞时, 洞门涌水。应对涌水情况进行细致的观察, 通过了解地下水情况, 然后在地面预埋注浆管, 同时迅速的推进刀盘并且通过洞门, 利用棉胎填塞盾体, 待水流减小之后, 快速的通过洞门并且封堵洞门[6]。 (2) 欠挖漏处理。在欠挖漏处理方面, 应设置相关人员对刀盘及初支之间的缝隙进行观察, 利用对讲机联系控制室, 以便于进一步调整盾构机的姿态, 当发现欠挖面与盾构机出现碰撞的时候, 应及时停机, 并用风镐将欠挖的砼凿除, 再行恢复施工。通过对特殊情况进行有效的处理, 能够确保隧道段施工的安全、高效进行, 同时实现最佳的施工效果。

2.8横通道内防轨道蛇形措施

在横通道内施工混凝土导墙, 管片通过后, 在导墙与管片之间充填速凝砂浆, 具体操作措施如下:

(1) 断面示意图如图1所示。 (2) 右线隧道右侧为封闭空间, 右侧导台可不用加高, 为防止管片错台, 在将左下方导台与管片之间的空隙用砂浆封堵后, 在右侧的中部低压注入双液浆, 可有效控制管片向弧线外侧错台; (3) 右线隧道无拉设钢丝绳条件, 可在既有矿山法结构上植筋设置刚性支撑直接顶住管片, 防止管片上浮; (4) 右线盾尾全部通过横通道, 进入大里程矿山法隧道后, 可开启横通道的回填工作, 回填时分层回填, 并应填充密实, 填充完成后应打开管片注浆孔, 向隧道外侧注浆, 保证回填饱满度。

2.9其他施工隧道段关键处理技术

盾构通过矿山施工的过程中, 经常会出现控制管片上浮、测量、喷射豆粒石、二次注浆、进空推段和二次始发等相关性问题, 直接影响到隧道施工质量。必须做好隧道段施工处理工作。例如, 控制管片上浮, 主要原因是注浆浆液选择的不得当, 应选用合理的注浆浆液, 如, 单液型浆液、双液型浆液等, 具体应结合实际的施工情况进行选择, 同时还应采用合理的注浆方法, 才能有效规避管片上浮的问题。另外, 施工中所出现的测量问题, 主要原因是测量仪器以及人为测量误差所产生, 要保证测量的准确性, 则需要加强对测量仪器和测量工作人员的控制, 对测量仪器进行校准, 要求测量人员必须严格按照测量规范要求实施测量。

3结束语

在隧道段施工的过程中, 由于涉及到很多的施工难点, 导致施工难度不断加大, 影响到整体工程施工的进度及质量。因此, 需结合隧道段施工的实际情况, 利用现代化技术有效的攻克隧道段施工中的难题, 提高隧道段施工的质量, 同时也能够确保隧道段施工的安全, 实现最佳的施工效果, 从而促进隧道段施工的顺利进行和高质量完成, 实现最佳的施工效果。

参考文献

[1]尤雪娣.新奥法在核电厂盾构法隧道取水工程中的应用[J].电力勘测设计, 2014 (4) .

[2]张常光, 赵均海, 张庆贺.盾构通过矿山法隧道复合支护的管片内力解析解及应用[J].现代隧道技术, 2014 (2) .

[3]张常光, 张庆贺, 张振光.盾构穿过矿山法隧道的管片特性现场试验研究[J].上海交通大学学报, 2013 (9) .

[4]彭红霞, 王怀.软流塑地层盾构穿越夹岗过街涵群桩处理关键技术[J].隧道建设, 2013 (9) .

[5]邓尤术, 杨永祥.大跨径地铁车站TBM与暗挖交叉施工技术[J].隧道建设, 2012 (2) .

盾构法隧道 第8篇

1 地铁隧道盾构法施工原理

盾构法主要是法国工程师所发明的一种隧道施工方法, 这种施工方法至今已经使用了超过100多年的, 发展速度极为迅速, 遍布全球各个国家的地铁隧道工程建设中。

地铁素隧道采用盾构法进行施工, 其主要目的就是为了能够在盾构的保护之下安全顺利进行地层开挖以及成衬砌支护工程等。盾构法的构造较为复杂, 其主体结构较多, 盾构法在实际进行施工的过程中, 主要是通过安装和拆卸、地层开挖和推进、衬砌支护拼装以及防水等几个方面的施工工序。

在使用盾构法进行实际施工的过程中, 必须要依据地铁的规划来进行设计, 也就是首先在隧道内部的一端利用明挖法来建造起基坑, 之后在该基坑的内部安装上盾构机, 当盾构机完全安装完毕滞洪, 必须要在其内部先开挖一条能够容纳装配式衬砌的土体, 该土体通常情况下为1.5米, 之后, 再安装盾构反力架等设备, 使得盾构架能够形成一个稳定的外部支撑, 然后在盾构架的盾壳保护之下, 使用千斤顶等设备来把切口环向前, 嵌入到土层之中去, 在盾构架的掩护之下进行地层的开挖工作以及衬砌装配等, 当衬砌环上的千斤顶利用自身的推力来帮助盾构架克服掘进过程中的土层阻力, 通过这一方式, 才能够使盾构架能够保持持续的前进速度。

2 地铁隧道盾构法的质量控制重点

2.1 开挖土体和开挖面支护。

盾构架在进行施工的过程中, 被铲除下来的土层, 应当直接存储在盾构架刀盘之后的土体存储仓之中, 而刀盘的切口位置则必须要和刀盘自身的切削面产生相互的作用, 这一过程中主要是利用刀盘自身的切口部分。当盾构法施工进行开挖的过程中, 其土层的水土压力出现了不平衡的状态, 就需要通过土舱内部的土里压力来对水土压力进行平衡, 所以, 为了能够有效的保证盾构法施工的挖土的效率以及舱体内部的平衡, 就需要螺旋输送机的转动速度以及千斤顶的推进速度进行调节。利用螺旋输送机的调节速度, 对输送机的输送土量、刀盘转动速度、切削扭矩、千斤顶推力等进行调节, 能够决定开挖土量的多少以及体积。

2.2 盾构推进和衬彻管片拼接。

通过盾构上千斤顶所产生的推力, 能够使得盾构不断的前进, 而盾构在不断前进的过程中, 必须要充分的克服由于不断开挖所来自土体的压力、盾构机械设备阻力、盾体自身摩擦阻力, 其盾构的推力要根据所有总阻力值以及机械设备自身推力的富裕量来对其盾构的推力进行计算。

2.3 盾尾脱空和衬彻壁后注浆。

盾构机被千斤顶推动着不断向前推进时, 使得原本处于盾壳内测的衬彻管片脱离盾壳的保护, 以致在衬彻外围产生建筑空隙, 产生较大的地层损失。倘若不采取一定的措施将产生很大的地面沉降, 所以在推进的过程中, 应同时向盾尾空隙的地方不断注浆。

注浆的目的有三个方面:一是控制地表沉降, 降低土层损失;二是提高结构稳定性, 限制了衬彻管片的位移;三是为隧道起到防水的作用。在盾尾内侧设有四条注浆管, 沿着四条注浆管向管片外侧的上、下共四个注浆孔同时注入浆液。各注浆孔的静止水土压力之和应略小于其注入浆体时的压力值, 并使盾构机土舱中不能渗入浆液。采用理论的静止水土压力之和来确定起初的注浆压力, 但是在实际情况过程中需要不断的被调整。

3 特殊地段的盾构施工措施

3.1 盾构穿过含水砂层时的注意事项。

含水砂层由于其结构较松散, 且颗粒较细, 在盾构掘进通过此段时, 容易发生掌子面砂层坍塌, 引起地表沉降。为保证盾构机能顺利的穿过, 应对此类地段进行详细探测, 可采取以下处理措施:a.减慢掘进速度, 降低盾构机推力和刀盘转速, 防止由于掘进过快, 造成掌子面失稳, 一般控制在20mm/min之内。b.通过地质资料的分析, 盾构机在通过不良地质前, 必须做好刀具和盾尾密封的检查工作。

3.2 盾构在砂砾层中的掘进施工技术。

砂砾层卵石直径较大, 地下水位基本在隧道顶部以上。施工时, 受卵石层的影响, 刀盘、刀具由于不均匀的受力或外力的冲击, 容易产生异常损坏。盾构在该类地层掘进时, 刀盘、刀具的磨损严重, 盾构姿态调整与控制难度较大, 对此, 采取如下措施:a.进行合理的盾构选型;b.有计划的刀具检查、维修与更换。

3.3 盾构在曲线地段的推进。

盾构在小曲线段进行掘进施工时, 盾构机轴线拟合难度较大, 容易发生管片错台、开裂、偏移以及开挖超挖等情况。施工中主要采用如下措施:a.进入曲线段施工前, 调整好盾构的姿态。尽量减小盾构机中心轴线与隧道中心轴线的夹角和偏移量。b.精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小, 合理调整推进油缸的推力、分区与组合方法。

4 地铁隧道盾构法施工地面沉降的原因分析

地面之所以出现沉降的一个主要原因就是由于地铁隧道开挖导致土地沉陷以及松动, 而主要导致这一因素出现的因素也是由于盾构法隧道施工所导致, 地表出现的沉陷现象, 是盾构法施工所引发的一种极为直观的现象。盾构法施工不当, 会促使隧道附近区域的建筑物体出现变形、变位以及沉降现象, 严重情况下甚至会直接破坏建筑结构自身的机能。形成地面沉降的另外一个主要因素是由盾构法施工产生的底层损失和土颗粒经扰动后的再固结。

4.1 地层损失。

由于盾构与衬彻间的间隙和超挖等原因隧道的挖掘土量常常要比按照隧道断面积计算出来的土量大得多, 这样就使隧道和衬彻片间产生间隙。

4.2 固结沉降。

在盾构推进过程中, 由于超挖、挤压, 和盾尾压浆作用, 使正负超空隙水压力产生于周围地层中, 扰动地层, 从而产生的地层沉降称之为固结沉降。

结束语

综上所述, 地铁的大量兴建, 能够较好的解决我国当前城市交通压力, 使得城市交通能够更加便捷, 不至于适于城市本身作为居住区域的本质。而盾构法作为地铁隧道施工过程中一项极其重要的使用措施, 必须要对其不断进行进行深入的研究, 提升盾构施工的相关技术, 加快施工的效率以及质量, 为地铁隧道工程的建设带便捷。

参考文献

[1]周顺华.我国城市轨道交通地下工程的施工技术现状与发展[J].城市轨道交通研究, 2005.

[2]顾国明, 陆运.我国城市地下铁道施工技术综述[J].现代隧道技术, 2005.

盾构空推过矿山法隧道的质量控制 第9篇

关键词：盾构,空推,质量控制

1 引言

我国城市地铁隧道常为浅埋隧道, 上覆建筑物多, 交通繁忙, 通常采用盾构施工。但是在广州、深圳等地的复合地层中掘进时, 常遇见全断面硬岩、孤石群或长距离上软下硬的地层, 如仍采用盾构法施工, 会造成掘进速度慢、刀具磨损多, 工程造价高、安全风险大等问题, 成为盾构施工的软肋。

为解决这一难题, 现普遍采用“矿山法开挖、盾构法衬砌”的工法, 即盾构空推过矿山法隧道法。指隧道在局部硬岩段采用矿山法开挖成型初支, 再利用盾构机空推, 拼装管片通过。两种工法混合施工, 虽提高了进度, 降低了地质风险, 但存在较大的施工难度, 施工中存在盾构空推扭转、管片上浮或侧移超限、管片拼装质量差, 隧道渗水等质量隐患, 本文从施工的全过程中提出质量管理要求及技术措施, 保障了成型隧道的质量。

2 盾构到达时前期准备工作

2.1 隧道的联系测量及洞门复核

隧道矿山法初支施工完成后, 将对隧道进行一次联系测量, 形成矿山法隧道竣工测量成果, 在矿山法竖井封闭之前对接收洞门位置进行复核测量, 在盾构推进距端头50m时, 对盾构机的位置进行准确的测量, 明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系, 确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差, 二是与接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成, 每一环纠偏量不能过大。

2.2 隧道的断面测量超欠挖处理

矿山法隧道采用了爆破法开挖, 爆破施工时, 较难控制隧道断面的尺寸, 容易产生超欠挖情况。若欠挖部位未处理到位, 在盾构机通过时, 刀盘易被卡住, 阻碍盾构机前进;若超挖未处理, 隧道环后存在较大有间隙, 成型隧道易上浮或偏移。为保证隧道断面的尺寸, 在初支施作后, 应对断面进行复测, 每隔4.5m进行一个断面测量, 每个断面测量10个点。

2.3 盾构导台施工

盾构导台在矿山法完成后施做, 在隧道底部施工导向平台。导台支撑着盾构机并为盾构机前进起导向作用, 盾构机在导台上空载推进并拼装管片。导台采用现浇C30钢筋混凝土, 厚度150mm。导台的高度和轴线必须控制在规定范围内。导台断面弧长与隧道中心夹角为60°, 以保证盾体与导台有足够的接触面, 导台弧面施工必须满足设计要求, 使盾体与导台保持均匀接触。导台施工过程中, 严格控制导台混凝土浇筑质量, 确保导台混凝土强度达到设计要求。

3 盾构机推进及管片拼装

3.1 盾构上导台施工

⑴在盾构机距离洞门50m时, 根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进, 选择合理的掘进参数, 纠偏要逐步完成, 逐渐放慢掘进速度, 推力逐渐降低, 缓慢均匀地切削洞口土体, 以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。

⑵在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时应尽量出空土仓中的碴土, 减小对洞门端墙的挤压和人工清碴量。洞门破除后, 盾构刀盘停止转动并暂停推进, 及时派人工辅助盾构螺旋输送机排除, 以防盾构上导台过程中盾构偏向。

⑶在盾构贯通后安装的几环管片, 由于矿山法隧道时推力较小, 洞门附近的管片环与环之间连接不够紧密, 因此需做好后20环管片的螺栓紧固和复拧紧工作。

3.2 盾构机推进及管片拼装

⑴盾构机沿导台向前推进, 应及时监测盾构机推进情况, 检查矿山法段的断面是否欠挖、盾构机壳体与导台的结合、两侧豆砾石回填等情况。盾构机进推时, 要密切注意盾构机刀盘周边与初衬、成环管片与盾尾间的间隙, 确保盾构机沿导轨的中心线路前移。

⑵严格控制盾构机推进速度, 由于盾构机在导台上空载向前步进, 为防止盾体扭转、保证喷射豆砾石、同步注浆和二次注浆充填密实、防止管片上浮及侧移, 将盾构机向前推进的速度控制在20mm/min以内。

⑶在初衬隧洞内拼装管片与正常盾构法施工基本相同, 只因盾构在初衬隧洞内不能作大幅纠偏动作, 故管片选型及确定封顶块拼装位置显得尤为重要。管片选型时, 要根据盾尾间隙、油缸行程及盾构机姿态综合选择合适的管片。

4 管片背后填充

4.1 豆砾石储运及喷射

⑴豆砾石必须在盾构始发进洞前储运完成。豆砾石粒径为5~10mm, 数量可根据矿山法初支隧道与成型盾构管片背后的间隙计算而得, 根据实际情况适当增加, 豆砾石的堆放应从矿山法隧道掌子面向始发洞口方向均匀堆放。

⑵管片脱出盾尾后, 盾壳与管片之间约有13cm的间隙, 首先通过底部管片吊装孔作为注浆孔注入少量双液浆, 以防管片下沉产生错台。然后采用2台喷射机从盾构机刀盘上方1点和11点位置交替喷射, 喷射时枪头置于盾体上, 超挖过大可以适当增长喷射时间, 如此反复至间隙填充饱满。每隔10m在盾构机的切口四周用袋装砂围成一个围堰, 围堰高度不小于4m, 以防注入管片背后的豆砾石前窜。

4.2 同步注浆

在喷射豆砾石的同时, 利用盾构机2#和3#同步注浆孔向管片背后注入水泥砂浆, 同步注浆水泥浆配合比为1:1, 注浆压力控制在0.2~0.3MPa, 每次同步浆液量为4~5方, 在同步注浆进行的同时, 需密切关注同步注浆扩散情况, 必要时调整浆液配合比从而缩短浆液的凝结时间。

4.3 二次注双液浆

由于盾构机前方是敞开的, 同步注浆效果不佳, 必须对管片进行补充注浆。二次注浆共分三次进行, 第一次在管片脱出盾尾后, 通过底部管片吊装孔作为注浆孔注水泥水玻璃双液浆, 以防管片下沉产生错台;第二次随着盾构机向前掘进, 在盾尾后4~5环管片上, 在3点和9点位置通过管片吊装孔注入双液浆防止管片侧移;第三次每隔十环进行一次环向封堵, 中间管片通过1点11点吊装孔注入双液浆, 进行拱顶回填。多次注浆才能确保管片后间隙填充密实。

5 工程的重难点及质量控制措施

5.1 防止管片上浮及侧移措施

管片与隧道初支间空隙较大且不均匀, 注浆时操作难度大, 而且填充效果差, 从而导致顶部回填注浆难以密实, 极易发生管片上浮和侧移, 直接造成管片错台或崩角, 严重时会侵入建筑限界。

⑴加强管片注浆管理, 一旦出现管片上浮或侧移, 在管片上浮或侧移处, 通过打穿管片吊装孔, 打入注浆管进行二次补充注浆, 迅速填充管片背后或上部间隙, 阻止管片上浮和侧移。

⑵为了防止管片上浮, 管片脱出盾尾后, 可在管片的上部的吊装孔安装钢质支顶, 支顶紧贴在矿山法初支, 另一端通过支顶螺母焊接固定在管片吊装孔钢螺栓上, 通过此措施来限制管片上浮及侧移。

5.2 盾构前进反力不足, 易导致管片接缝渗漏

因盾构机前方没有土体, 在无正面土压力的状态下推进, 盾构前进的阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的挤压力。从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实, 影响管片止水条的防水性能造成管片接缝渗漏。

为保证管片止水带的压密防水效果, 管片安装完后及时整圆并做好管片螺栓的三次复紧工作:管片拼装成环时, 其连接螺栓先逐片初次拧紧, 脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前, 对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。尤其加强支撑施加反力时的纵向螺栓复紧工作。

特殊情况下可通过加设支撑结构, 为盾构机空推提供反力, 盾构机每掘进一环, 都从刀盘开口伸出4个支撑顶在隧道初支上提供的反力, 使盾构机推进千斤顶总推力达到300~500T。管片压紧拧紧螺栓, 收回支撑臂, 然后恢复盾构继续推进。

5.3 防盾构机扭转及抬头的措施

防盾构扭转及抬头是盾构在矿山法隧道段掘进的难题, 由于盾构壳体外部不具备设防自转裝置条件, 采取措施如下:

⑴在喷射豆砾石过程中, 要及时清理刀盘下面残留豆砾石, 始终保持刀盘前方2米范围内导台表面清理干净, 防止豆砾石下串盾体引起盾构机抬头。

⑵在盾构机通过矿山法隧道期间, 严禁转动刀盘, 防止盾体扭转。

⑶从盾体预留孔处注入低强度水泥浆液, 使盾壳与隧道初支间空隙尽可能填满, 以增加盾构壳体转动阻力, 待水泥浆开始初凝时再继续掘进。

⑷每拼装完一环管片, 在尾盾盾体与管片侧面接口处用签字笔画一条线, 通过观察这条线的对接情况来判断盾体是否扭转及扭转的大小, 发现盾体扭转时应立即停止向前掘进, 及时查找原因并采取纠正措施。

6 结束语

地铁盾构隧道施工管片选型技术研究 第10篇

关键词：盾构机、管片、盾尾间隙

1.线路设计：

地铁隧道设计，受车站、地表与地下地质情况的限制，基本上所有线路都要插入不同曲线半径的圆曲线来转弯，圆曲线的前后采用缓和曲线过度，如何用预制好的管片来拟合线路曲线，成了隧道掘进施工的一个重要的基础工作。

2.管片设计：

广州地铁管片设计一般采用长1.5米管片，分左转（L）、右转（R）、标准（P）三种管片型号，管片内径为5.4米，外径为6米，一环管片共有六块组成，分别为A1、A2、A3、B、C、K块。标准环管片长度为1.5米，左、右转弯环管片为楔型，最宽的位置与最窄的位置相差38mm（图1）。

3.盾构机相关部位简介：

与管片选型有关的两个重要指标为千斤顶行程与盾尾间隙，千斤顶指的是盾构推进千斤顶，千斤顶行程是指千斤油缸的伸出长度（海瑞克机千斤顶最大行程为2m，一般掘进施工伸长到1.8米就可以满足安装管片的要求）。盾尾间隙指的是管片外弧面与盾构机后体内壳之间的间隙（海瑞克盾构机的设计盾尾间隙为75mm）（图2）

4.管片选型

管片选型：指的是采用那种类型的管片？K块安装在什么位置？（一般K块的位置与钟表的点位相对应，比如P11，P指标准环，K块安装位置在11点钟。）。选型时要考安装纵缝的错缝拼装。管片的选型决定了左右转弯的幅度，即线路的走向。如上面的管片设计与拼装图。

管片选型的原则是：盾构机开到哪里，管片就安装在哪里。

管片选型方法：

管片选型的主要依据是千斤顶行程与盾尾间隙，选型采用左、右手定则。左侧千斤顶较长，盾尾间隙较小，管片选用右转环，采用右手定则；右侧千斤顶行程较长，盾尾间隙较小，选用左转环，采用左手定则。千斤顶行程与盾尾间隙均衡则采用标准环。

左右手定则为：伸出左或右手，掌心朝自己，大拇指与其余四指（其余四指并拢）垂直，四指指向千斤顶行程最长的位置即管片最宽的位置，那么大拇指所指的点位即K块的位置。

管片并装采用错缝拼装（联络通道除外），其中1、3、5、8、10点位为同缝，2、4、7、9、11为同缝，两组之间为错缝。管片选型一般选用3、9点以上的点位，方便安装。特殊情况下才选用K块在下面的点位。左转环与右转环的点位对角方向转向相同，左右转的管片可以互换。例如L1与R7，L11与R5转向相同。

5.结束语

管片选型不当，会导致盾尾间隙过小，管片拼装困难，盾构机在掘进一环的过程中后体挤压管片，造成管片错台与开裂。所以合理的管片选型是保证成型隧道质量的一个重要的基础工作。

参考文献

[1] 盾构隧道管片设计图.广东省建筑设计研究院

[2]Φ6280土压平衡盾构使用说明书.德国海瑞克.

盾构法隧道 第11篇

通过广州地铁3 号线、郑州地铁1 号线、石家庄地铁1 号线、郑州地铁2 号线、成都地铁4 号线以及北京地铁7 号线等城市的土压平衡盾构法隧道施工实践, 结合设计与施工规范, 对渣土改良进行了一些研究。充分认识渣土改良效果对盾构刀具磨损、地表沉降控制、综合施工功效、施工成本控制等产生的影响, 利用科学的试验手段, 总结提炼出土压平衡盾构法隧道施工渣土改良的相关指标。

2 土压平衡盾构法施工原理简述

盾构法, 指的是利用盾构机进行隧道开挖与衬砌等作业的一种施工方法。盾构机是一种带有防护罩的专用设备, 以盾尾同步安装好的衬砌块为支点提供反力向前推进, 利用刀盘旋转切割土体, 同步排土并拼装预制钢筋混凝土衬砌块。土压平衡式盾构机利用改良好的渣土形成土仓压力, 来平衡前方掌子面的水土压力。保证开挖面的相对稳定, 并通过控制盾构推进千斤的速度和螺旋输送机的旋转速度, 来保持土舱内改良渣土的压力与掌子面前方水土压力达到平衡, 盾构机持续向前掘进, 螺旋输送机持续排土, 实现盾构连续掘进, 土压平衡式盾构开挖面稳定原理示意图见图1。

3 设计及施工规范对渣土改良的要求

盾构施工规范GB 50446—2008 盾构法隧道施工与验收规范的7. 3. 1 条只规定了盾构机需要配置渣土改良系统, 并在盾构现场验收阶段要纳入验收。7. 5. 2 条掘进中应监测和记录盾构运转情况, 排出渣土情况并及时分析反馈, 调整掘进参数。7. 5. 5 条要求根据盾构穿过的地层条件, 可有选择地向土仓内适当注入泥浆或水、泡沫剂、聚合物等, 以改良仓内土质, 使其保持一定程度的塑性流动状态。建立土仓内平衡土压力, 保持开挖面的稳定, 同时易于排土。8. 2. 8 条规定采用土压平衡盾构通过砂卵石地段时, 应进行渣土改良。而对具体的渣土改良指标与方法没有提及, 不利于实施与控制。

4 渣土改良相关指标的提出

4. 1 渣土改良的原则、目的、意义

在土压平衡盾构施工中, 土仓内渣土能形成良好的流塑性, 是盾构顺利推进的重要前提。通常中粗砂地层流塑性差、力学稳定性也较差, 粘土地层粘聚性太大, 为了使开挖土体有良好的流动性, 因此, 在盾构机掘进时如遇中粗砂地层, 需向掌子面添加膨润土泥浆, 以改善中粗砂地层的物理特性, 如遇粘土地层, 需向掌子面注入泡沫, 最终形成具有低透水性和较好流塑性的混合渣土, 经土仓向掌子面传递设定的平衡压力, 使盾构机始终在保持水土压力动态平衡的条件下持续向前掘进。

盾构掘进中添加改良材料对不良地层进行改良的目的和意义如下:

1) 通过改良可以有效地保持开挖面稳定。改良材料能有效提高开挖面土体的强度, 从而对开挖面土体起到支护作用, 进一步减少掌子面失稳的可能; 2) 减小渣土对刀盘与刀具的磨损。中粗砂或卵石层颗粒松散, 几乎无粘聚力, 颗粒之间通过内摩擦角传力, 向开挖面土体添加改良材料后, 有效增加颗粒间的粘聚力, 减小渣土的密实度, 增加渣土的流塑性, 改善土体的受力状况, 从而减小渣土对刀盘与刀具的磨损; 3) 防止渣土粘附在刀盘、刀具及螺旋输送机内, 造成泥饼与堵塞现象, 降低刀盘扭矩, 减小盾构机的负荷, 进而提高掘进速度。

4. 2 渣土改良指标

根据土压平衡盾构原理及需要达到的结果, 结合室内试验数据, 对渣土改良室内试验提出以下重要指标:

1) 渣土流动性。土压平衡盾构渣土流动性主要用坍落度来表达, 根据室内渣土试拌试验结果显示, 渣土坍落度在90 mm ~120 mm时, 消耗需要的扭矩较小。2) 保水性。土压平衡盾构施工时, 渣土的保水性严重影响盾构临时停机时间的长短, 如果保水性好, 盾构临时停机后渣土不会离析或大量失水而导致渣土性能严重变化, 致使盾构启动困难, 启动阶段刀盘扭矩过大, 甚至无法正常启动。根据试验分析, 渣土保水率在75% ~ 80% 时, 渣土静置3 h后, 流动性影响较小, 坍落度损失约10 mm ~ 15 mm。3) 粘聚性。土压平衡盾构施工时泥饼形成的机理指出, 其影响因素主要有: 刀盘开口形式、刀盘温度情况、临时停机时间、土压设定情况、渣土的粘聚性等。但主要原因之一还是土压平衡盾构机当遇上渣土粘聚性较大时, 一旦刀盘温度稍高就容易从刀盘中心开始, 形成强度很高的泥饼, 这将严重影响掘进效率, 甚至会损伤设备。4) 渗透性。土压平衡盾构法施工时, 地质条件、水文情况、掘进参数是引发螺旋输送机喷涌的决定性因素, 在砂卵石等富水地层地下水的通路没有阻断, 泡沫、膨润土等改良材料使用不当, 渣土改良不理想, 未能有效降低渣土的渗透性, 极易引发螺旋输送机喷涌。土压平衡盾构渣土渗透性主要用渗透系数来表达, 如果渗透系数太大, 则在富水地层掘进时, 容易导致螺旋喷涌而引发事故。

5 渣土改良的相关试验

5. 1 渣土改良配合比设计原理

渣土拌合物是由膨润土、砂、水及搅拌时混入的空气组成的多相分散体系, 塑性渣土中的膨润土浆是连续相, 砂粒成了膨润土浆中的分散相, 这是渣土拌合物在重力或外力作用下能流动变形的原因。低塑、中塑和高塑的差别就在于膨润土浆的粘度及砂粒间膨润土浆的厚度不同。渣土中还有一定量的气相, 以气泡状态分布在膨润土浆中, 也能增加渣土的流动性。渣土多相示意图见图2。

5. 2 渣土改良的相关试验

1) 原土试验。根据区间地质勘察报告, 提炼出盾构开挖面主要包括的地层, 在车站施工时, 对应相应的地层号取出原状土进行室内土工试验。通过试验进一步弄清土样的颗粒级配、天然含水率、密实度等主要指标, 为渣土改良试验配合比设计提供依据。

2) 渣土改良后的渗透性试验。在实验室中测定渗透系数k的仪器种类和试验方法很多, 但从试验原理上大体可分为“常水头法”和“变水头法”两种。常水头试验适用于测定透水性大的沙性土的渗透参数。而改良后的渣土渗透系数很小, 渗透水量很少, 须改用变水头试验。液体在空隙介质中流动时, 由于液体具有粘性, 在液体流动中会引起水头损失, 因为渗流流速极为微小, 所以流速水头可以忽略不计。因此总水头H可以用测压管水头h来表示。水头损失hw可以用测压管水头差来表示。

3) 渣土改良后的坍落度试验见图3。用来测定拌合物的和易性的方法, 测定渣土拌合物在自重作用下的流动性。

4) 改良后土的粘聚性试验。利用直接剪切试验, 测定泥饼在不同垂直压力情况下的水平剪切破坏, 求得测定土样的摩擦角和粘聚力。以抗剪强度为纵坐标, 垂直压力为横坐标, 绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线, 直线的倾角为摩擦角, 直线在纵坐标轴上的截距为粘聚力。

5) 改良后渣土保水性试验。渣土保水率试验用规定流动度范围的新拌渣土, 按规定的方法进行吸水处理。渣土保水率就是吸水处理后渣土中保留的水的质量, 并用原始水量的质量百分数来表示。

渣土保水率计算式:

其中, w为渣土保水率, % ; m1为底部不透水片与干燥试模质量, 精确至1 g; m2为15 片滤纸吸水前的质量, 精确至0. 1 g;m3为试模、底部不透水片与渣土总质量, 精确至1 g; m4为15 片滤纸吸水后的质量, 精确至0. 1 g; a为渣土含水率, % 。

6) 渣土试拌。在有了渣土改良初步配合比设计后, 设计专用机械搅拌仪器, 在恒定转速条件下, 将不同坍落度的等量渣土放入搅拌仪器内进行拌合, 并记录每次正常拌合时试验的扭矩值以及停机后启动阶段扭矩值, 从而寻找出正常拌合阶段搅拌仪器的扭矩与渣土坍落度之间的关系以及停机一段时间后启动阶段扭矩与渣土保水率之间的关系。进一步优化渣土改良配合比。

7) 试掘进阶段改良配合比动态调整。试掘进时根据区间土层含水量对理论配合比进行调整, 初步调整后进行试掘进, 根据土压平衡盾构操作原理与步骤, 地质与水文资料计算出主动土压力, 输入推力、刀盘转速, 反馈掘进速度和刀盘扭矩。当土压、推力、刀盘转速一定时, 刀盘扭矩与渣土改良有一定的关系, 在施工配合比的条件下, 分多组进行试验。

推进过程中膨润土改良液的输入量计算:

其中, k为膨润土液与原状土的比例; A为土压平衡盾构刀盘开挖面积, m2; t为单位掘进时间, min; v为土压平衡盾构推进速度, mm/min。

盾构试掘进阶段参数统计表见表1。

从图4 中不难发现, 当膨润土液注入速度与盾构掘进速度基本匹配时, 刀盘扭矩在掘进速度为20 mm/min ~ 40 mm/min时, 基本稳定在1 850 k N·m左右, 渣土坍落度也基本稳定在110 mm左右。掘进速度提高到45 mm/min ~65 mm/min时, 刀盘扭矩随掘进速度的增大明显增加 ( 从1 970 k N·m迅速上升到3 010 k N·m) , 同时坍落度波动严重 ( 波动幅度达55 mm) 。课题组分析原因可能是在刀盘转速不变的情况下, 掘进速度过快, 渣土在土仓中搅拌不均匀, 导致扭矩明显增加, 坍落度波动严重。

6 结语

影响渣土性能指标的因素除了渣土的表面光滑程度外, 取决于渣土相对运动时渣土粒的接触点多少。渣土粒不是均匀理想地分散在改良液中的, 其中有一些渣土粒互相接触, 流动过程中相互摩擦。在搅拌均匀的情况下影响渣土接触点多少的因素是渣土颗粒间改良浆液的厚度。改良浆液越厚, 接触几率越少, 渣土颗粒间摩擦力就小, 渣土的流动性就大。反之则小。影响渣土颗粒间改良浆液厚度的因素是改良浆液量、渣土颗粒的空隙率和比表面。改良浆液量多、渣土颗粒粗及空隙率小时渣土颗粒间改良浆液的厚度就大, 流动性就越好。

参考文献

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].第2版.北京:清华大学出版社, 1998.

[2]李建斌, 陈馈.先进机械施工新技术及案例[Z].2003.

[3]日本盾构隧道新技术[M].伊旅超, 朱振宏.译.广州:华中理工大学出版社, 1999.

[4]张凤祥, 傅德明, 杨国祥.盾构隧道施工手册[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[5]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[6]GB 50446—2008, 盾构法隧道施工与验收规范[S].