泥水平衡盾构施工特点

泥水平衡盾构施工特点

泥水平衡盾构施工特点 篇1

本工程是我单位常规直径地铁盾构第一次采用泥水盾构机施工。在施工、操作方面可借鉴经验不多，造成在施工中走过了不少弯路，出现了许多问题。泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口压力在技术交底范围内稳定和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。切口压力的稳定是保证地面沉降、安全掘进的前提条件，而盾构机姿态决定隧道走向是否与设计路线符合，成型隧道符合设计要求的先决条件。如果在掘进期间，切口压力不稳定，波动较大的话，轻则沉降较大，重则引起地面塌方。所以在操作泥水盾构机的时候，每一个操作手必须清楚的明白，保证切口压力稳定的重要性。而盾构机姿态是决定我们的施工是否按设计路线施工，如果出现姿态超限，轻则隧道管片出现错台、开裂、漏水等质量问题，重则需要联系设计单位和业主，进行调线。通过一年多的泥水盾构机施工经验，结合自己以前土压平衡盾构机的操作经验，对泥水盾构机的施工和质量控制方面的一些想法做如下总结。

一．工程概况：

东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）[2303A标：榴花公园站、茶山站～榴花公园站区间]土建工程施工项目，位于方中路上的茶山站后，正线隧道与出入段线隧道并行约100m由东向西穿越宽约200米的寒溪河，进入东岸大片农田（此时出入段线进入寒溪河东岸的东城车辆段）、通过中间风井及河西岸的数幢别墅后进入莞龙路。线路继续沿莞龙路前行，绕避了数架人行天桥后到达榴花公园前的榴花公园站结束。

本标段起讫里程YDK2+298.728~ YDK5+502.598，包含1个明挖车站（【榴花公园站】）和1个区间（【茶山站～榴花公园站区间】），1条出段线盾构隧道（【中间风井~出段线盾构井】），1条入段线盾构隧道（【茶山站~入段线盾构井】）。其中正线段茶山站~榴花公园站区间左线起讫里程为：ZDK2+301.000~ZDK3+497.720、ZDK3+653.485~ZDK4+118.812，左线长1662.041m;右线起讫里程为：YDK2+298.728~YDK3+434.162、YDK3+601.659~ YDK4+110.000，右线长1643、775m；区间正线总长3406.628m。其中ZDK3+653.485~ZDK3+746.000、YDK3+601.659~ YDK3+690.000采用矿山法开挖，盾构管片衬砌。

二.操作注意事项：

（一）泥浆粘度控制

在泥水盾构中，泥浆的作用有两种：维持开挖面稳定和运送弃土。泥水盾构机施工时稳定开挖面的原理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制掌子面变形和地面沉降；在掌子面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于掌子面。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的渣土以流体形式输送，经地面泥水处离处理设备分离，将处理过的渣土运至弃土场。

泥浆的比重和粘度等性能决定它稳定开挖面和携带渣土的能力。（1）泥浆比重

为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥浆比重应比较高。从理论上讲，泥水比重最好能达到开挖土体的密度。但是，泥浆比重大会引起泥浆泵超负荷运转以及地面泥水分离设备处理困难；泥浆比重小虽可减轻泥浆泵的负荷，但因泥粒渗走量增加，泥膜形成慢，对掌子面稳定不利，容易造成地面沉降。因此，在选定泥浆比重时，必须充分考虑土体的地层结构，在保证开挖面的稳定的同时也要考虑泥水分离设备的处理能力。一般情况下，在砂层中，泥浆比重要求偏大一些，在1.20~1.25g/cm3,在粘土层中应当偏小一点，一般在1.10~1.15g/cm3。

（2）泥水粘度

泥水必须具有适当的粘性，以收到以下效果：

①防止泥水中的粘土、砂粒在土仓内的沉积，保持开挖面稳定； ②提高粘性；

③使开挖下来的弃土以流体输送，经泥水分离设备处理后滤除废渣，将泥水分离。泥浆粘度太低，达不到携带弃土能力和稳定开挖面的要求，粘度太高会影响它的运输能力，并造成刀盘及土仓结泥饼。在实际掘进中，我们应当结合地层分布情况、泥水分离系统的出渣情况、进出口泥浆粘度和比重的差值、环流系统是否顺畅、地表沉降等原因综合考虑。

（二）环流系统控制

环流系统控制受外界影响较大，有的可控，有的无法控制。

1、地层因素

地层的影响对切口的压力最为关键，而我们环流操作的目的就是稳定切口压力。不同的地层、埋深需要的切口压力值不一样，所以每一个操作手必须了解和熟悉在掘进状态下盾构机所处在的地层、埋深。当地层发生改变时，操作手提前做好掘进数据记录，方便在相应的地层中寻求最佳的掘进参数。

2、环流液位的控制

环流液位的上升与下降直观的反映出切口环压力的波动，客观的反映出土仓里面泥渣的堆积情况。

A、当液位上升快时，如果进出管流量差不大时，应留意切口环压力和你的推进速度，当切口环压力也随液位上升而上升时，适当的降低掘进速度，通过阀的切换和泵的转速来重新保持环流平衡。

B、当液位上升快时，如果进出管流量差大时，应当减少进出管流量差（加大出浆量或者减少进浆量，一般采用加大排浆量），或者少开阀来慢慢稳定环流平衡（对于易结泥饼的6、7、8号地层，在 开阀的时候必要保证一定的进浆压力，否则容易刀盘结泥饼）。

C、液位下降快时，应减少进出管流量差，对于6、7、8号易结泥饼地层，进浆流量应该保持在800~900立方每小时的高流量（海瑞克盾构机），进浆压力不小于2.2bar。全断面砂层中流量保持在500~650立方每小时，进浆压力保持在1.5~2.0bar。

3、环流系统控制

泥水盾构机操作最重要的就是环流控制，环流控制是否适当直接影响切口压力的稳定。环流的控制主要靠泵和阀来控制，一般来说，在环流不怎么堵管的时候，尽量不要调动泵的转速，多切换阀，顺利的将土仓中的泥渣带出，来保证切口环压力的稳定进行正常掘进。对于不同的地层，环流的控制手法应该是有所不同的，掘进速度有快慢之分。

一般在全断面的砂层中，速度控制在28~35mm/mim,进浆流量控制在550~650立方每小时，进出管流量差宜在60~80立方每小时。泥浆粘度宜控制在32~38秒。

中部底部以7#，8#为主，上部存在3-1#，4-1#，在隧道上部依然是3-1#，属于典型的上软下硬地层，这种复合地层中盾构机土仓内和刀盘最容易结泥饼，在进行环流操作时，尽量控制流量高点，一般来说，流量控制到800~900m3/ h时，土仓内不会有泥渣积累造成堵管现象。泥浆粘度情况需根据出渣比例进行调节。为防止刀盘结泥饼，尽可能的将通向土仓的阀全开，或者频繁切换土仓进浆阀，适当选用高转速（刀盘转速必须结合当前的地质实际情况，需防止由于转速高引起超挖造成地表沉降过大）。

对于全断面的7#、8#地层，掘进速度不宜过快，15~20mm/min为宜，泥浆粘度控制在20~25s。环流重点要注意的部位是在土仓与气泡仓的出口处，所以通向土仓底部的阀门可以全开启，或者开一个，频繁切换。进出浆的流量要大，一般控制在850~950 m3/h，而冲洗碎石机和出口格栅两旁的浆管至少各开一个，以保持出口处通畅。

在掘进期间要注意土仓压力，土仓压力慢慢上升，适当的加大进浆压力，多冲洗土仓，同时加大排浆量，通过液位升降来维持切口环压力（加大排浆量的同时防止液位抽空）稳定。等土仓压力慢慢回落到原来设定值时再重新调节环流平衡。

若土仓压力瞬间上升，马上打开旁路，等到土仓压力回落到原来掘进数值时再切换到掘进模式，并清洗格栅处。等到压力稳定后恢复掘进，先以慢速推进（实现一边推进一边清洗土仓和气压仓），在环流比较稳定的条件下再适当加快推进速度。

（4）液位计联锁控制

液位连锁原理是当液位上升或者下降到某一液位指示等亮时，循环系统自动切换到旁路，停止掘进。其原理时防止液位在人为操作情况下继续上升或下降，引起切口环压力大的波动，从而关闭或者开启进浆阀。液位连锁还有一个优点是，可以更好的协调交接班，防止上一个班组由于操作不当引起气压仓或者土仓堵塞问题。

（5）刀具配置

应尽量避免滚刀的偏磨，顺利通过软弱地层及上软下硬地层地段，进入到全断面岩层。因此如何防止滚刀偏磨是一个重要问题。根据经验，在软土地层中，滚刀磨损量很少，几乎没有。因此，重点控制在上软下硬地层中的掘进。根据本项目掘进情况，滚刀偏磨可能主要由泥饼引起，由于形成泥饼后使滚刀无法滚动，从而造成偏磨，特别是中心滚刀，由于开口率小，刀具布置密集，容易形成泥饼，因此在推进时应注意控制环流，采取各项措施防止泥饼形成。另外，在上软下硬地层中，滚刀容易产生破坏，应合理控制刀盘转速和推进速度，若发现异常及时上报。

（三）盾构机姿态控制

1、影响盾构机姿态的主要原因：（1）地层变化，（2）掘进参数不合理，（3）设备存在缺陷（如刀具配置不合理）。

2、在正常掘进过程中应当保持盾构机水平和垂直姿态在±30mm，垂直姿态控制在0~-30mm更理想，这样的姿态无论对于超限和隧道上浮都有一定纠偏余地。在上软下硬的复合地层中，盾构机保证一定的俯角（-2~-5）推进，在沙层中保持+2~+4的仰俯角推进，这样更有利于姿态的控制。

3、滚动角应当控制在±5，根据滚动角的变化随时更换刀盘转向，一环中有需要的话可以多次转变刀盘转向，这样可以防止由于滚动角大造成隧道管片扭转。

4、在曲线掘进时，在盾构机进入暖和曲线前，做好盾构机姿态调节，常规下一般姿态向曲线内侧偏移-10~-25mm比较合适。

5、推进油缸行程原则上控制在至1730mm至1760mm的时候应停止掘进，除非特殊情况下推进油缸行程可以适当多走一点（如需接大管）但行程不宜过长，如果行程到1850后不能接大管要求，等管片拼装后再往前推进到满足要求。推进油缸行程差不宜超过50mm，行程差过大，则盾尾刷容易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，易导致管片姿态变差；行程差过大，易使盾体与盾尾之间的夹角增大，如果推进油缸行程差比较大时，应当合理的进行管片选型，通过管片楔形量来调整推进油缸的行程差。

6、铰接油缸伸出的长度，直接影响到掘进时盾构机的姿态，应减少铰接油缸的长度差，尽量将长度差控制在20mm以内，将铰接油缸的行程控制在40~60mm之间为宜。铰接油缸行程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片选型困难。

7、管片选型要合理，在管片选型上，不能仅凭盾尾间隙草率选定管片，应当以盾尾间隙为原则，结合铰接油缸行程和盾构机走向趋势来进行综合选型。

（三）质量控制

质量控制主要体现在三个方面：

1、管片选型控制

管片选型的两个原则：第一，管片选型要适合隧道设计线路；第二，管片选型要适应盾构机姿态。这两者是相辅相成的，前者影响整个隧道管片的需求计划，后都影响隧道掘进和隧道轴线与设计轴线的偏差。所以在管片选型上，我们要结合盾尾间隙、推进油缸行程差、铰接油缸行程、设计轴线等方面原因进行正确选型。

2、管片拼装控制

管片拼装时，必须将盾尾清理干净，将管片冲洗干净，避免管片间夹有杂物，使相邻管片环面不平整，使管片局部受力过大产生开裂、破损。检查管片止水条是否有脱落现象，管片拼装时先就位底部管片，然后自下而上左右交叉安装，每环相邻管片均布摆匀并控制环面平整度和封口尺寸，最后插入封顶管片成环。管片拼装成环时，其连接螺栓应先逐片初步拧紧，脱出盾尾后再次复紧。拼装完后及时调整千斤顶撑靴，防止千斤顶撑靴压坏止水条，造成管片拼缝位置渗漏。在曲线段管片拼装时，人为意识的将管片向曲线内侧水平偏移2mm-3mm，这样有利于减少管片在转弯处出现错台。

3、注浆控制

注浆按其注浆方式为同步注浆和二次补浆，按浆液性能分单夜浆和双液浆。

（1）同步注浆

同步注浆是指在盾构掘进过程中，盾构机向前行进，管片脱出盾尾与围岩形成建空隙的同时，从位于盾尾的注浆管路注入浆液填充形成的建筑空隙。管片之间的连接相对管片的刚度而言表现为柔性，因此在同步注浆时必须控制好注浆压力和注浆量，使之既能达到有效的填充建筑空隙，又不会对管片的成环质量产生影响。由于在盾构掘进中，对周围土体产生一定的扰动，因此，在注浆时，不仅考虑到浆液要充满管片背后的空隙，同时还要渗透至周边的土层中，所以要求注浆量比计算的空隙要大些，一般取为理论空隙体积的130％～180％为系数，甚至更大。注浆的速度要结合掘进速度，而注浆量需结合地表沉降。

同步注浆施工时应注意以下事项：

①在推进油缸行程达到1600-1650mm之间时，停止注入浆液，改打膨润土液清洗注浆管并将管内浆液压入开挖空隙，以免浆液在管路中停滞过久堵塞注浆管路；

②每掘进完成一环应检查清洗注浆管路一次； ③注浆压力不能大于盾尾油脂腔的压力，一般在5bar以内；（2）二次注浆

盾构施工过程中，因同步注浆效果不理想，浆液未能有效填充管片衬背后建筑空隙,造成地面沉降大，管片上浮，漏水等缺陷。为改善这种现象，利用管片吊装孔二次补充注入浆液。二次注浆一般以双液浆为主，也有部分采用二次补充注单液浆。在控制管片上浮、控制地表沉降时多采用注双液浆。

二次注浆量和压力要视情况而定。一般以注浆压力来控制。二次注浆时应注意一下事项：

①在注浆前应查看管片情况并在注浆过程中进行跟踪观察，如有异常情况应立即停止注浆。

②在注入过程中应严格控制注浆压力。

③在注入过程中出现压力过高但注入效果不明显的情况时应检查注浆泵及注浆管路是否有堵管现象，并立即进行清理。

④在进行二次双液注浆前应将同步注浆管路的所有球阀全部关闭。

⑤注浆前应查看盾尾油脂腔的压力，如果压力偏低，应适当手动注入盾尾油脂，以保证在注浆过程中有足够的压力避免盾尾漏浆

⑥在注浆前应查看管片情况及土仓压力情况并在注浆过程中进行跟踪观察，如有异常情况应立即停止注浆。

⑦注浆位置一般选定在盾尾内数倒数第五环管片以后，避免浆液流向盾构机，造成盾尾固死。除了注浆方式不一样以外，在不同地层中掘进其浆液类型也有所区别，在砂层中用双液浆效果更为理想。

(四)掘进中常见事故处理

1、盾尾漏浆处理

盾尾漏浆是盾构施工最常见的，也是最麻烦的问题。特别是在富水层中掘进，如果盾尾刷受损，盾尾间隙差，浆液凝固时间长，注浆压力大等原因，漏浆的频率高很多。

盾尾漏浆有两种形式：漏泥浆和漏砂浆（实际掘进中盾尾还会漏水）。

造成盾尾漏浆的主要原因：

（1）盾尾刷在掘进过程中由于盾尾间隙差，盾尾刷受管片挤压导致失去弹性或者脱落造成盾尾漏泥浆和砂浆及清水。

（2）浆液凝固时间过短,造成浆液不能充分填充管片后空隙,而是堆积在注浆口附近,造成注浆通道受限制,后续浆液压力必然剧增,当浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时,就会击穿盾尾刷和油脂衬背而造成盾尾漏砂浆，长期下去就会导致盾尾漏泥浆和砂浆及清水。

所以在防止盾尾漏浆最有效的措施是保护好盾尾刷和控制好注浆压力与浆液的凝固时间。在掘进过程中盾尾漏浆，首先应当了解漏 浆情况，具体位置在哪个部位，漏浆量有多大，盾尾间隙如何，注浆压力有多大，根据情况进行处理。

（1）如果漏浆量不大，而盾尾间隙比较合理的情况下，对漏浆位置进行手动补盾尾密封油脂（对漏泥浆或者砂浆都可行），漏浆部位崭停注浆。

（2）如果漏浆量大，而盾尾间隙比较合理的情况下，在对漏浆位置进行手动补盾尾油脂的同时往盾尾晒海绵条，漏浆部位崭停注浆。

（3）如果漏浆量大，而盾构间隙差的情况下，在手动补盾尾油脂的同时往盾尾塞海绵条，漏浆部位崭停注浆。管片选型往间隙大的部位走，在掘进下一环过程中注意盾构机姿态尽量不要摆动来进行纠偏。

（4）控制好盾尾密封油脂的注入，盾尾油脂的损耗与掘进速度成正比，速度过快则注入盾尾的密封油脂在单位时间内不能满足其消耗量,若不及时调整油脂泵注脂率,则盾尾刷内的油脂量和注入油脂的压力不能及时密封盾尾,势必造成尾刷的密封效果减弱,形成盾尾漏浆。

在掘进中多注意保护盾尾刷，控制好注浆压力，使用配比合理的浆液，从根源上解决漏浆问题。在判断盾尾刷受损严重时，有条件更换盾尾刷的应马上更换尾刷。

2、地表沉降处理

地面沉降一般发生在软弱地层中，沉降分为两种，一是推进过程 中刀盘位置发生沉降，二是后期管片脱出盾尾后沉降。推进过程中发生沉降的主要原因可能是切口压力波动大，造成超挖使地层发生变形沉降；还有可能是切口环压小造成局部塌方或超挖，从而使地表地层沉降，一般这种情况发生在隧道上覆地层为软弱地层的时候，由于软弱地层稳定性差，对变形敏感，变化很快传递到地面产生地表沉降。后期沉降的产生与推进和注浆有关。即使地层稳定，若推进过程中发生超挖现象，而注浆没有相应增加，则有可能造成部分施工空隙没有填充，导致地层缓慢变形，最终产生地面沉降。在地下水丰富的地层中，若注浆没有及时凝固，浆液被地下水稀释带走也造成注浆的不足，从而引发地面沉降。对只有单液注浆系统的盾构机，后期沉降也可能受切口水压影响。由于单液注浆凝固时间长，注浆完成后其压力可能迅速消散，直至其值与切口水压相同，若所设定的切口水压过低，则有可能使地层缓慢变形后形成地面沉降。

泥水平衡盾构施工特点 篇2

关键词：泥水平衡盾构,低温天气,液压系统,水循环系统,泥浆处理

北京地铁7号线8标百子湾-化工站区间西起广渠路南侧、化工二厂旧址北侧的百子湾站, 线路出站后以350m半径曲线斜穿广华新城建设地块后转向南, 沿规划化工二厂东侧路向南, 止于广华新城东侧的化工站。右线区间设计起止里程:右K16+085.837~右K16+807.600, 区间长度721.763m;左线区间起止里程:左K16+149.998~左K16+807.600, 区间长度687.566m (长链29.964m) 。区间覆土8.4~10.0m, 区间为两端底中间高的“人”字坡, 采用盾构法施工。

根据施工策划采用1台三菱泥水盾构从百子湾站右线始发往化工站方向掘进, 到达化工站后盾构解体吊运回百子湾站, 在左线进行二次始发往化工站方向掘进, 工程概况如图1所示。

按照工期安排盾构进场时间在2012年11月份, 盾构及施工配套设备组装及调试时间在2012年12月份, 盾构始发时间在2013年1月份, 刚好处于北京最为寒冷的冬季。北京地区属暖温带大陆性季风气候, 冬季寒冷干燥, 年平均气温为12℃, 最低月 (1月份) 平均气温为-4.6℃, 极端最低气温为-18℃。

根据泥水盾构施工工艺, 冬季低温对施工中的盾构及地面设备组装调试、盾构始发及洞门密封、泥浆循环及外运处理、材料采购及现场保管、沉降测量及监控等方面均存在一定的影响, 若冬季施工中采取的措施不当将会严重影响盾构施工作业。

2 低温对泥水盾构施工设备与材料的影响及措施

2.1 盾构液压系统

液压系统能否正常工作, 取决于其工作的介质——液压油的各项性能指标是否正常。温度太低带来的主要问题是液压油粘度增大, 影响液压系统的正常动作及工作效率, 严重时出现的空蚀现象可造成液压系统故障或是液压元件 (特别是液压泵) 的损坏, 因此需特别注意低温对液压系统的影响。

北京地铁7号线8标百-化区间所使用的盾构为三菱泥水平衡盾构 (编号为1606#) , 该盾构之前一直在广东地区施工, 盾构本身并无针对低温的专门设计, 且短时间内无法调整所使用液压油的粘度指数, 因此唯一解决的方法只能采取提高环境温度来确保液压系统的正常运行。1606#三菱泥水盾构采用道达尔46#液压油, 该液压油适宜工作温度为10~60℃。

1) 低温严重影响盾构组装过程中液压管路的连接效率。长期的低温天气造成液压油管橡胶硬化, 柔软度不足, 组装过程中管路的连接需要消耗较常温情况下的2.4倍左右, 且连接质量不理想。处理措施: (1) 想方设法提高环境温度。先后通过用帆布盖住始发井口及出土口、用棉被包裹盾构等方式阻挡穿堂寒风吹入盾构内;另外通过在接管位置周围增设30k W暖风机以提高局部温度。然而由于环境温度过低, 只能将作业环境温度提高几度, 整体温度还是在0℃以下, 无法从根本上解决问题。 (2) 增加有经验、有责任心的管路连接作业人员。为了尽量降低恶劣的作业环境对管路连接工作的影响, 安排有经验、有责任心的技术工人可提高接管效率, 另外, 在液压系统空载运行后多次对油管连接处进行复紧, 确保接头位置的连接效果。

2) 液压油注入油箱。低温情况下 (0℃以下) 液压油粘度过大, 加入油箱过程的效率极低。根据以往的经验, 常温情况下每桶209L的46#或68#液压油通过220V-0.88k W的电动抽油泵在15min内可全部抽完;而低温情况下220V的电动抽油泵效率极低, 在更换为380V-2.2k W的输油泵后也需60min左右才能将一桶油全部抽完。粘度与温度关系参考图2所示。总之, 要减弱低温对盾构液压系统运行不利影响的主要方法就是提高液压油本身的温度, 增加空载运行时间将液压油进行充分的循环可逐步提高液压油温度。

2.2 水循环及水冷却系统

盾构正常工作离不开水, 如管路用水冲洗、设备用水冷却等, 因此温度太低必定对盾构水循环系统存在一定影响, 严重时造成盾构无法正常工作。

2012年12月底盾构通水调试后, 由于地面高压电房故障断电, 盾构调试非正常停止, 进而造成盾构台车内水路系统所有管路内的水全部冰冻, 如刀盘泵冷却水路冻结、主驱动行星轮齿轮箱冷却水路冻结、P2泵轴封水冻结等。处理措施:水管全部冰冻住后在低温情况下短时间内难以再次疏通, 因此冰冻住后需根据盾构水循环及冷却系统的特点, 立即采取逐段清理或局部加绕电热丝加温融化等相应的措施, 否则将严重影响盾构施工及设备使用安全。如P2泵轴封水以前只有一个压力传感器用于监测管理内的压力, 并作为P2泵启动的一个前提条件, 然而在结冰状态下, 管路内压力同样存在而压力传感器无法做出有效判别, 故而在此种状态下长期运行往往可能由于缺少水的清洗、降温作用而造成P2泵机械密封的损坏;因此在管路上加装流量传感器用于监测管路内的水流流量可有效避免水在低温结冰状态下压力监测的误判, 进一步保证设备的使用安全。

2.3 泥浆处理系统

泥水盾构施工工艺决定了在地面有一套用于泥水筛分的泥浆处理系统。一套泥浆处理系统包含4个沉淀池、2个调整池、1套预筛器、2个一级处理机、2个二级处理机, 另外还包含P1泵、Pm泵及其相应的控制柜和地面铺设的管路等。由于整套泥浆处理系统露天安装, 极寒天气对上述设备正常运行影响最大, 在考虑合理的经济性原则下需采取足够的保温措施, 否则严重影响泥水盾构施工工效。

1) 沉淀池及调整池在施做完后, 进行底板及墙面渗漏试验, 由于正值寒冬腊月, 灌水后水面逐层结冻达30cm厚, 严重影响后续浆液调制及环流调试作业。处理措施:在通过重物凿碎沉淀池及调整池上面冰层后, 逐一打捞清理, 以防止冰块被吸入P1泵打坏叶轮或泵体;另外在几个沉淀池及调整池间加设2~3台泥浆泵, 确保在环流停机时泥浆可在几个池之间实现局部小循环, 形成“活水”。

2) 泥浆处理系统上所配备的渣浆泵在极寒温度下轴承组件箱及填料密封箱轴套由于润滑黄油固结, 以致抱死传动轴, 造成渣浆泵无法正常运行作业。处理措施:对于渣浆泵传动轴因润滑脂固结抱死, 可用两个2k W的小太阳灯分别对两处进行照射加热, 逐步融化固结的润滑脂, 待设备可以正常运转后, 停机拆开轴承组件箱及填料箱将里面的润滑黄油脂全部更换为可耐低温的同品牌润滑油脂 (适用温度范围:-50℃~150℃) ;另外, 用彩钢瓦瓦搭设一间长约13m、宽6m、高约7m的棚子将整套泥浆处理系统罩着, 既可挡住寒风又起到一定的保温作用, 可有效地改善泥浆处理系统的作业环境, 有利于设备的正常运行。

另外, 低温对地面泥浆处理系统的影响还有P1泵及地面至隧道口的送排泥管、水管等管路。通过搭设保温棚将P1泵环境温度提高, 可有效地防止P1泵及其轴封水泵因停机或故障出现冻结的风险;地面的泥浆管路及水管对于有条件的要做埋设处理, 且埋设深度尽量超过1m, 对于没有条件埋设的管路则需缠绕由电热丝-保温海绵组成的保温层, 通过控制箱调整电热丝发热量可确保管路周围温度不低于5℃。

2.4 其他设备

由于龙门式起重机、搅拌站、叉车、装载车等设备均在地面配合施工, 因此低温对上述设备的影响也需十分注意。

龙门式起重机主电源电缆需反复缠绕在电缆卷盘上, 而低温对电缆护套橡胶的影响十分巨大。电缆橡胶为高分子聚合物, 在常温下橡胶具有良好的弹性, 其硬度随着温度降低而增加, 弹性和柔韧性逐渐减少, 当温度降至脆化温度后, 高聚物就不能发展强迫高强形变, 而发生脆性断裂。选用抗拉型电缆及在龙门式起重机大车行走前进行其他动作让主电缆发热可有效减少电缆因低温造成的损耗。搅拌站通过搭设工作棚既可防尘降噪又可抵御寒风, 起到很好的保温作用。叉车、装载车通过使用低温润滑油可有效减少低温启动问题, 燃料则可根据气温变化将常用的0#柴油更换为-10#柴油, 甚至-20#柴油。

2.5 施工中的各类材料

盾构施工所需的各类材料均需存放于地面, 根据材料性质不同或存放于仓库, 或堆放于露天地面, 但无论如何温度过低对施工中所使用的各类材料均有一定影响。油脂类材料, 如液压油、盾尾油脂、润滑油脂等均需储存在仓库且还要采取一定的保温措施, 否则将影响相应的性能, 并最终影响盾构施工;液压油在低温下运动粘度变低, 影响液压系统运转;盾尾油脂若长期存放于低温环境中, 其粘性严重降低, 影响盾尾密封效果。其他材料, 如露天堆放的管片, 在下雪前需盖好吊装孔位置, 防止雪水流入吊装孔内结冰, 造成管片下井后无法拼装, 影响隧道施工。

3 结语

泥水平衡盾构施工特点 篇3

通常直径在3～5m的盾构被称为小型盾构。小型盾构的特点是挖掘灵活，可超长距离施工，施工曲线半径范围大，但施工速度较慢，主要用于长距离的油气输送、给排水、电力通讯、辅助管道等隧道建设，可穿越河流、建筑、铁路等。

1 工程概况与盾构简介

西气东输二线长江盾构工程是国家油气能源战略通道——西气东输二线东段的重点控制性工程。在江西省九江市和湖北省武穴市之间穿越长江，隧道全长为2 590m。本工程中砂层长达1 700m，其中绝大部分为粉细砂层，分布于长江北岸地表以下及河床部位，厚17.00～44.20m。地层渗透性强，而且地下水丰富并与地表水系有直接水力联系。砂层含水量高，具有流变性，在动力作用下易产生流砂涌砂现象，引起土层损失，导致地层变形和地面沉降。

本工程采用德国海瑞克公司生产的M971-AVND3080AH泥水加压平衡复合式小型盾构施工，刀盘外径为3 805mm。盾构由3节主机与5节拖车组成，装机总长度为56m，主机安装总长度11.3m，盾构最大推力为11 661kN，最大扭矩为1540kNm，盾构隧道设计内径3 080mm，管片厚度230mm，管片宽1 200mm。该设备能平衡地下水土压力，在一定深度下能控制地表隆起和沉降，具有激光定向测量功能，掘进速度最高可达100mm/min以上。

泥水加压平衡系统工作示意如图1所示，工作流程如图2所示。

2 砂层地段盾构掘进参数控制

2.1 切口压力控制

由于过江段地质为砂层且与长江水有直接水力联系，容易产生江底塌方或泥水击穿江底等事故，因此控制好泥水压力尤为重要。根据以往工程类似地层的经验，设定切口泥水压力P切=水土压力+附加压力=P0+附加压力，附加压力设定为15～25kPa。

开挖面是一种动态的平衡，因此对切口泥水压力的管理应该是动态的。盾构在江底施工时，无论是掘进阶段还是停止掘进阶段，必须动态设定切口压力并防止切口压力的过大波动，保证土体稳定的同时又不击穿覆土层。

2.2 出渣量控制

盾构施工中，出渣量多少是地层超挖、欠挖判断的重要依据，而超挖、欠挖可直接导致地表沉降或隆起。为控制住地层沉降和隆起，将严格控制掘进时单环出渣总量。单环理论出渣量为13.6m3，松散系数取1.1～1.2，每环出渣约为15～16m3。盾构在砂层掘进的出渣量主要与泥浆在挖掘舱循环时间的长短以及刀盘与砂层接触的紧密程度有关，通过初期掘进砂层的经验发现，调节掘进速度将单环掘进时间控制在20min以内，刀盘油压在70bar以上，贯入度控制在40～50mm/rot，可以有效控制出渣量。从图3可以看出，在参数合理设置的情况下，单环出渣量基本控制在14～16m3，符合出渣量控制要求。

2.3 同步注浆控制

同步注浆主要是对同步注浆材料、注浆压力以及注浆量进行控制。

对砂层地段，有效地填充管片外壁空间，才可以消除管片周边地层塌落，因此，增大浆液的稠度，提高浆液的填充性能，确保浆液不发生过量流失，有效填充管片外壁空间，注浆材料应满足以下要求：凝结时间在5～8h，浆液稠度在70～110mm;浆液稳定性好，倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于3%。同步注浆材料配比：水∶水泥∶膨润土∶粉煤灰∶砂子=1∶0.5∶0.1∶0.06∶0.3。

注浆压力的控制除考虑注浆处的水土压力，还要考虑开挖面来水的水压以及地层自身的稳固能力，故注浆压力是在注浆处水土压力基础上提高0.1～0.2MPa，另外，后期注入压力要比先期注入压力大0.05～0.1MPa，同时要求浆液不进入挖掘舱和压坏管片，并且不因注浆压力过大造成江底地表隆起。

注浆量的控制主要根据盾构开挖后洞体与管片之间的理论空隙确定，单环管片的空隙理论值为1.8m3，考虑浆液失水固结、盾构推进时壳体带土使开挖断面大于盾构外径、部分浆液劈裂到周围地层，同步注浆量采用理论值的135%～215%进行注浆，即为2.4～3.9m3,本工程实际注浆量为3m3。

2.4 泥浆的控制

在透水砂层中掘进，优质的泥膜是开挖面稳定的重要因素之一，高质量泥膜可以防止挖掘舱内泥浆流失，维持开挖面泥水压力的稳定，从而保持开挖面稳定。而泥膜的形成质量与泥浆质量有很大关系，因此在掘进过程中应调配高质量的泥浆，以确保形成优质泥膜。

过江段隧道地层以砂层为主，砂层渗透性强，因此应加大泥浆密度，以利于泥膜的迅速形成，又应考虑泥浆的携渣能力和排浆泵的输送能力，在砂层中掘进时，泥浆密度控制在1.15～1.25g/cm3之间。泥水必须具有适当的黏性，以收到以下效果：(1)防止泥水中的粘土、砂粒在挖掘舱、泥水舱及泥浆管路沉积，保持开挖面稳定;(2)提高黏性，增大携带渣土能力。在不同的地层中推进时，要求泥水具有相适应的粘度，以满足施工要求。在过江段砂层中掘进时泥浆马氏漏斗粘度应控制在29～32s。

2.5 盾构姿态控制

盾构推进过程应保持盾构有良好的姿态，避免蛇行。由于盾构施工中姿态控制措施的实现具有一定的滞后效应,也就是说,盾构推进操作方式的变化与其自身发生线路变化之间存在一个时间上、距离上的滞后,这一现象我们称为盾构滞后效应。由于这一滞后效应，对盾构的姿态应超前调整，且调整宜缓不宜急，每环姿态变化控制在±5mm以内，导向油缸上下两组或左右两组行程差值改变每环控制在2mm以内，导向油缸压力差值宜保持统一、恒定性，不宜出现过大的波动。为避免盾构出现“磕头”现象，推进油缸千斤顶B区、C区两组压力应大于A区、D区两组压力1～2MPa，导向油缸与推进油缸布置分别如图4与图5所示。

2.6 盾尾油脂压力与注入量控制

盾尾密封由4道盾尾密封刷3个充满油脂的密封腔组成。在盾构掘进时保证注脂压力大于30bar，并根据盾尾密封情况随时对漏浆窜浆的部位进行手动加强油脂注入。盾尾密封效果与切口泥水压力和江面潮水的升降有一定关系，当外界压力增大时，可能导致密封局部出现漏浆漏水等不良后果，因此每次切口水压调节时，应加强盾尾的观察，一旦出现泄漏立即采取措施，加强油脂注入。油脂注入量约为2.5kg/m2，每环注入油脂约为35kg。

盾尾密封还与盾构姿态有一定关系，盾构掘进尽量保持四周盾尾间隙均匀，减少管片对盾尾刷的挤压。在掘进过程中应随时把残留在盾尾的渣土和异物清理干净，防止渣土和异物进入盾尾舱，损坏盾尾密封。

3 盾构通过砂层前、后采取的措施

3.1 到达砂层前的准备工作

在盾构到达砂层前应选择一开挖面自稳性较好的地段对盾构进行全面检修，减少在砂层地段停机检修的风险：(1)全面检测刀具，对磨损超标的刀具进行更换;(2)对破损较大的盾尾密封刷进行更换;(3)对堵塞的注浆管进行疏通处理;(4)对泥水舱的压力传感器与阀门等进行检查维修。

3.2 二次注浆

砂层地段每推进4环后补注双液浆一次。同步注浆后使环形空隙得到填充，地层变形沉降得到控制，在浆液凝固，强度得到提高，但可能存在局部不够均匀,为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时再补充以二次注浆，使注浆体充填均匀，形成稳定的防水层，达到加强隧道衬砌的目的。

3.3 管片螺栓复紧3次

为防止因管片的变形引起地层的过度扰动，对管片螺栓拧紧要求3次复紧。即拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进至每环管片拼装前，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。

4 结束语

通过精心组织和科学管理以及技术人员的努力,长江盾构项目成功地掌握了泥水加压平衡盾构在富水砂层掘进的施工技术。由于准备充分、措施到位，盾构已在砂层顺利掘进1 300m，日平均进尺达8.6m，最高日进尺19.2m，并创造了最高月进尺430m的国内小型泥水加压平衡盾构施工纪录，进一步丰富了国内泥水加压平衡盾构的施工技术。

参考文献

[1]谢小兵,钟长平.特殊地段盾构掘进的沉降控制技术[J].建筑机械化,2006,(08):45-47.

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

[3]周忠陆,钟志全.浅覆土透水砂层泥水盾构越江技术[J].建筑机械化,2009,(01):63-65.

泥水盾构过破碎岩带施工技术 篇4

广佛线地铁隧道某标段包括2个盾构隧道区间,隧道内径∅5 400,外径∅6 000mm,管片环宽1.5m。工程采用2台日本三菱公司生产的∅6 260型泥水平衡式盾构施工。

当左线盾构在穿越雷岗东断裂带时地质发生明显的突变,出现大量粒径不一的角砾岩块,最大粒径在40cm×20cm以上,岩体破碎、强度高,大粒径角砾岩块频繁堵塞采石箱、泵、管路,严重影响盾构的掘进。盾构从178环掘进至211环耗时将近1个月时间,平均每天不到1.4环。

分析发现,左右线在断裂带内均有1个硅化构造角砾岩形成的山包侵入隧道断面内。硅化构造角砾岩较为破碎、粒径不均、极硬,岩石天然单轴极限抗压强度最大达126MPa。根据分析统计,山包侵入到右线隧道断面内的体积最少是左线3倍,盾构穿越该角砾岩山包将比左线还困难。为了解决该难题项目部成立技术攻关小组,通过不断尝试和努力,终于克服这种恶劣地质条件,顺利完成了盾构隧道掘进施工。

2 技术措施

2.1 加密补充勘探

广州以及周边地区素有地下博物馆之称,地质复杂多变,特别是在断裂带内,由于早期的地壳运动使岩层受力发生脆性破裂而形成极其复杂的地质构造。这种地质构造通常无规律可循,地质勘探钻孔间距过大,难以揭示真实的地质情况,要加密补充勘探方可更好地摸清地下情况。通常地铁施工地质勘探孔的间距是30m左右,而在断裂带这种复杂地质构造区域内,勘探孔的间距需加密到5m左右(钻孔梅花形布置)。

详勘探孔未揭示断裂带内有岩石层侵入隧道断面内,通过采用上述勘探方法布置20个勘探孔找出了隧道断面内岩层的分布范围(图1)。

2.2 岩体预先处理

右线断裂带内通过加密补勘确定有一个角砾岩山包侵入隧道断面内,其岩性为硅化构造角砾岩,岩体破碎、粒径不一、强度高(126MPa),并且分布范围较大(纵向分布范围约40m,其中约有24m为全断面岩层),侵入到隧道断面的基岩面高,约占隧道开挖断面体积的70%。根据左线经验,由于岩体破碎致使盾构强行掘进通过很困难,因此结合补勘的地质情况和地面情况决定采用人工开挖圆形竖井,清除大部分岩层,剩余岩石则依靠盾构直接切削通过。

由于岩体强度高,人工开挖或爆破过程中若凌空面太小,那么难度增大速度也将大打折扣,因此在综合考虑竖井的结构受力和地面条件的情况下,圆形竖井内径设计为4m,竖井连续布置在隧道正上方(图2)。在竖井施工过程中视地层情况进行了扩挖,以尽可能多地清除岩体。同时,为方便盾构通过,在隧道顶50cm以下的竖井护壁采用玻璃纤维钢代替钢筋,并采用C10的特配混凝土进行浇筑。竖井采用M5水泥砂浆回填至隧道顶1m,以减小盾构通过竖井区域时对刀具的磨损,并为盾构通过时开仓提供条件。

2.3 设备的改造

竖井取砾的辅助施工虽将隧道断面内的硅化构造角砾岩清除大部分,但仍还有将近30%的岩体需靠盾构直接切削通过。由于岩体破碎、粒径不一、强度高,盾构直接通过仍有很大难度,因此需在盾构始发前对设备进行改造以增加盾构对这种硅化构造角砾岩地层的适用性,确保右线盾构快速的通过。具体设备改造如下。

1)减小刀盘开口率由于岩体破碎,在切屑过程中岩体容易整块剥离,若刀盘开口率过大,剥离下来的大块砾岩将无法通过送泥管道输出,大量堆积在土仓里面,将增加开仓取砾的次数,影响施工进度,因此将刀盘的开口减小到26%,减少粒径大于25cm的砾岩块进入到土仓内。

2)环流系统中继泵全部换成大功率泵由于岩石切屑下来的碴土比重大,加上岩体破碎切屑过程将有很多粒径不一的碎石直接剥落到土仓内,环流带碴比较困难,因此将环流系统的中继泵全部更换成大功率泵,以提高环流系统的输送能力。

3)安装破碎机在1号台车位置安装破碎机破碎进入管道的砾岩块,防止正推过程中砾岩块堵塞管道。

4)安装人闸设备假如盾构穿越破碎岩带时出现异常情况,如刀具过快磨损、偏磨和土仓内砾岩块无法带出而又无法自然开仓时,可通过气压开仓来换刀、取砾。

2.4 刀具的配置

破碎带内岩体强度高,单轴抗压强度最高达到126MPa,平均也有77MPa,因此掘进需配置全断面的滚刀。目前市场上镶合金粒的滚刀适合硬岩中掘进,但在实际应用中仍然存在不足,需做改进才能更适用于此类地层。

1)由于镶合金滚刀的合金粒硬度远大于母体合金硬度,开挖过程中母体磨损速度较快。一旦刀刃母体磨损较大,可导致合金粒脱落,从而使滚刀寿命缩短,因此配置刀具时,对滚刀进行了改进,增加了刀刃的厚度,将原设计厂家的刀刃厚度25mm改进为30mm,提高滚刀的寿命。

2)由于刀盘外圈呈凸球面,安装此位置的滚刀转动过程中受到一定的侧向挤压力,迫使滚刀刀刃单边快速磨损。为避免出现这一问题,刀具配置时将原镶合金滚刀改进为刀刃侧边加焊耐磨焊层,加强刀刃的耐磨度,达到提高滚刀寿命的目的。

2.5 掘进参数的控制

1)掘进速度的控制盾构掘进速度决定于刀具入岩的进尺,速度越大刀具入岩的进尺越大。由于岩体裂隙发育,刀具进尺过大容易使开挖掌子面的岩体沿裂隙整块剥离,起不到碾碎岩体的作用。而剥离下来的大块岩块无法通过环流系统带出,会堆积在土仓内影响盾构的掘进。另外由于滚刀结构比较特殊,合金粒硬度远大于母体硬度。为减小母体的磨损量,提高滚刀使用寿命,滚刀的进尺必须控制在合金粒的高度(15mm)以内,并且刀盘的转速也不宜过快,一般不能超过0.8rap/min,以减少刀具受到的瞬间反冲力。

2)泥浆粘度的控制岩层中切屑下来的碴土比重较大,因此需要适当提高泥浆粘度,以便碴土的顺利带出,通常在此类地层泥浆粘度要控制在25s以上。

3)环流逆推正洗泥水盾构掘进时,环流通常是采用正循环的。而在破碎岩层中掘进时,由于岩体破碎会有较大粒径的碎石进入土仓而无法从排泥管带出,使环流堵塞无法掘进。出现环流堵塞情况后立即采用逆循环掘进,这样排浆管口位置较高,大粒径的碎石不易进入管内,可大大减少开仓取砾的次数。

2.6 检查刀具、清碎石

该破碎带内岩石强度高,刀具磨损较快,另外无法通过环流带出的大粒径碎石将会积存在土仓内,因此掘进过程中应密切关注推力、扭矩的变化,当推力、扭矩异常增大时应立即停机开仓检查刀具,清除土仓内积存的碎石。

由于该硅化构造角砾岩山包完全被全风化层包住,虽岩体破碎但未与地下水连通,没有基岩裂隙水,加上竖井取砾时在隧道正上方浇筑了1m厚的M5水泥砂浆,因此在区域内进行常压开仓换刀、取碎石。

3 应用效果

右线施工时采用上述技术措施,仅用7天时间就成功穿越了40多米的破碎岩地层,比预定工期提前了80天,为广佛线的如期贯通奠定了基础。

摘要：当泥水盾构通过岩层破碎带时,块石未经刀具碾磨直接进入土仓,会经常堵塞采石箱、泵、管路等,从而严重影响盾构的掘进。本文通过工程实例介绍泥水盾构过破碎岩带的一些技术措施,以供同仁参考。

关键词：泥水盾构,破碎岩,施工技术

参考文献

[1]刘永强,王珏明,张祖威.盾构刀盘改进及应用研究[J],工程机械,2010,(5):12-15.

[2]竺维彬,鞠世健,等.复合地层中的盾构施工技术[M],北京:中国科学技术出版社,2006.

泥水平衡盾构施工特点 篇5

关键词：泥水盾构,穿建筑群,施工安全,质量控制

盾构下挖城市区域建筑群附近,地质主要为淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉土等。盾构掘进过程中,很容易出现淤泥粉质粘土附着刀盘的行为,对刀盘的扭矩功率的大小进行正确设置,致力于与提高盾构机械的掘进效率。为了减少掘进过程对于前方土体的扰动,避免在开挖地面中出现坍塌现象,技术人员需要对刀盘的埋深、盾构直径选择和刀盘扭矩进行参数设置。配合深入的土壤主要物理力学性质指标调查,进行更加深入的盾构施工计划考察。

1 泥水盾构施工建筑物区域下穿前期重点控制

1.1 建(构)物调查

开工前先委托有资质的第三方房屋鉴定单位对本工程施工范围周边的房屋进行调查、对建筑物现状进行鉴定,并出具鉴定报告。根据房屋调查及鉴定的时效性,该工程分两阶段进行房屋调查及鉴定,第一阶段对风井周边建、构筑物进行调查,第二阶段对盾构区间沿线建构筑笺进行调查。调查方式:询问、摄影、录像,调阅资料、测量等,并做好记录。记录采取图文并用形式。

1.2 管线调查

根据招标文件提供的初步资料,走访有关管线的业主或管理单位,以获取更多的管线设计施工资料,从而了解管线结构形式,更加明确管线的保护要求。对隧道上方及掘进影响范围内的管线,利用各种设备仪器等工具对地下管线进行科学探测。根据资料和物探结果,沿线有管线埋藏的剖面在横向或纵向用人工开挖坑道将管线暴露出来,以证实资料和物探结果的准确性。采用全站仪对中间风井、区间等地面以上有关的建(构)筑物、管线等进行详细的测量,获得准确的测量数据。最后根据各种数据资料汇总,形成报告交送有关单位,作为详细分析所能预见到的问题,研究各种保护方案、措施的基础性文件。

2 做好泥水盾构掘进参数控制

2.1 浅层地质结构压力分析

浅层的泥水盾构施工,盾面刀具所面对的土壤条件比较坚固,施工环境比较恶劣,为了提高盾构机掘进的效率,防止长期施工对建筑区域的交通、人员出行和安全带来影响,技术人员需要将刀盘切削下来的渣土及时地通过泥浆管路运送到地面,从而避免下穿通道出现严重堵塞的问题。主要建筑区域的土层分布有一定的规律可循,淤泥杂质填土的土壤厚度比较低,主要分布在土层的0～2.0m的厚度区域内。其中,杂填土的含水量为39.1%～39.8%,其密度为18.0kN/m2,而孔隙比为1.051,碱性指数为13.4L,液性指数为1.37L。内聚力水平为8.57kPa,摩擦角为20.7°～21°。

2.2 深层地质条件分析

隧道施工区域的土质对于泥水盾构开挖施工的影响效果比较大,在下穿建筑群的过程中,技术人员可以根据建筑群的密度和土质情况进行调研,从而制定精准的隧道开挖洞深底层比例图,指导后期的下穿建筑群的施工操作。以广州地铁十四号线工程盾构推进时土质考察为例,区间隧道穿过地层③-1粉细砂层、③-2中粗砂层、③-3砾砂层、③-4卵石层、④-N2粉质粘土层、⑤-N1粉质粘土、⑥砾岩、粗砂岩、⑥-H全风化花岗岩层、⑦-3强风化砾岩、粗砂岩、⑧-3中风化砾岩、粗砂岩。根据工程线路的不同作业环境,制订出规避下穿建筑群环境影响的施工计划。

3 施工下穿隧道技术控制措施

泥水盾构施工下穿建筑群中,沿线下穿建构筑物基础主要为天然基础及桩基础,需确保地面建、构筑物的安全,并在掘进时严密监测,确保居民的安全。优先提前施作袖阀管(图1),根据监测数据反馈跟踪注浆,盾构掘进通过前,人员临迁,如不确定具体地面加固条件,则盾构通过前采用洞内超前预注浆加固,盾构掘进通过前,人员临迁。具体措施如下。

(1)施工前对房屋、高压电塔、管线的现状进行调查,盾构掘进通过前委托第三方房屋鉴定单位对沿线的房屋进行鉴定;

(2)提前对房屋鉴定结果为严重损坏房的房屋、隧道边线20m范围及电塔基础下方进行袖阀管注浆,注浆采用水灰比1:1的水泥浆液,根据现场试验确定注浆压力在0.3～0.8MPa之间,同时注浆过程中对建筑物进行严密监测,以防注浆压力过大造成地面隆起而影响建筑物安全。如根据实际情况地面注浆困难地段,采用洞内超前预注浆加固。确保盾构通过时地面建、构筑物的安全。

(3)在盾构机到达建筑物之前调整好盾构姿态,掘进过程中严格控制泥水仓压力和轴线精度,尽量减小盾构纠偏量以减小对周围土体的扰动。

(4)选择正确的掘进参数,加强地表(路面)沉降、地下水位及房屋倾斜观测,及时反馈施工。加强过程控制管理,实施信息化施工,防止开挖面失稳引起过大的地表沉降;同时防止地面由于切口水压过大引起地表隆起。加强对盾构掘进中的工况管理,严防由于泥饼生成和环流系统的堵塞,导致在建筑物下清洗泥浆管路。向泥浆水中加入添加材料,提高泥浆水的流动性,保障环流系统顺畅。

(5)在掘进过程中严格进行同步注浆,充分填充盾尾后隧道外建筑空隙,以减少隧道周围土体的水平及垂直位移而引起的地表沉降。

(6)加强对地表的变形、沉降的监测,如发现较大变位,及时采取措施,防止变形加大带来不利的后果。盾构穿越后仍需监测,直到沉降变形基本稳定为止。

(7)保证管片拼装质量,防止隧道渗漏;保持良好的盾尾密封效果;在盾构穿越后,对隧道周边的土体进行二次注浆加固。

(8)盾构通过这些建构筑物施工要有持续性,应尽量避免停机现象。

(9)设置检测预警值(一般为允许值的80%),达到预警值时,应及时调整盾构机的压力,分析原因并采取有效措施。

4 结束语

泥水盾构机在下穿隧道施工的过程中,难免会涉及到穿越大密度建筑群的问题,因此,在施工活动中,强化安全细节的执行,制订更加具体的安全施工计划,有利于规避安全风险。在施工下穿建筑群的过程中,首先要做好障碍物的处理工作。建筑群地下障碍物处理活动进行之前,工作人员需要迅速查明障碍物的种类,并且制订与之相对应的处理方案。

参考文献

[1]王建秀,邹宝平,付慧仙,等.超大直径盾构下穿保护建筑群地面沉降预测[J].现代隧道技术,2013,50(5):98-104.

[2]竺维彬,鞠世键.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究[M].广州:暨南大学出版社,2009.

泥水平衡盾构施工特点 篇6

关键词：机械式泥水平衡,机械顶管,抱管,施工工艺

本工程为大同市城市污水管线连通工程第一医药园区污水管线。全长2 000 m,埋深14 m～22.28 m,设置ϕ7.5 m工作井6座,ϕ3.5 m接收井6座,全线采用DN1 200钢筋混凝土钢承口加强管顶管施工。其中第五工作段由于工期紧,故采用泥水平衡式机械顶管施工,其顶程为160 m。在顶进60 m时,机头无法顶进,加大顶力后,造成液压油泵烧坏。在维修液压油泵时,由于机头停歇时间长,且当时气温在-10 ℃左右,致使泵管、泥浆池等设备结冰,管壁摩擦力增大,造成已顶进的管壁全部抱死,无法前进。经各方研究决定进行反向顶进,在反顶60 m时,机头又无法前进。最后采用大开挖形式,取出机头。究其成因我们可从以下几个方面来分析。

1 工艺原理

泥水平衡式顶管施工技术是利用泥水力来平衡压力和地下水压的一种顶管施工方法。其基本原理是由掘进机头内电机驱动刀盘旋转,按预先设定的压力使刀盘紧贴在被切削的土体断面,切削的土体通过掘进机头面上的小孔进入封闭的泥水仓内,土体粉碎的过程中,机头不断前进。进入泥水仓内的粉碎土与送水泥浆泵输送进的泥浆(或清水)形成浓度更高的泥浆,再由排泥泵排出泥水仓,通过泵管排到地面上的泥浆池中。泥浆池中的泥浆经过沉淀形成淤泥,通过挖掘机将其清理外运。上部较清澈的泥水由送水泵再送至泥水仓,并经机头内旁通压力调整阀及调整排泥泵转速来调整进水压力大小,使其平衡地下水压及挖掘面压力,尽量使掘进机刀盘在平衡压力下工作,从而可防止由于挖掘面的失稳,造成地面沉降和隆起。而本工程在开挖后发现,此段为火山岩土质,用挖掘机进行开挖也十分困难,故刀盘在运动中,将其破碎是非常困难的。如果当时的气候条件正常及其他工艺能保障的情况下,加大顶力,减慢顶进速度,保证泥水平衡的情况下是可以通过此地层的。但施工单位没有充分考虑此段地形的复杂程度及恶劣的气候条件,且部分工艺未按操作规程执行,导致机械顶管失败。由此可见,地质情况、气候条件及施工工艺是否合理对顶管施工的成败起关键性的作用。现场施工情况见图1。

2 施工工艺

施工工艺流程:测量控制→工作井、接收井施工→后座顶板安装→导轨拼装→千斤顶、油泵、顶铁安装→密封及注浆→管道顶进→出土。

1)测量控制。

施工单位在工作井壁上设置了管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩,准确测量了掘进机中心轴线和标高偏差,并将测量仪器固定在千斤顶架子中心,建立了临时测量系统。所以分析其抱管原因与此项无关。

2)工作井、接收井施工。

因本段埋深深度在14 m～22.28 m,工作井及接收井采用沉井工艺。施工单位严格按照沉井工艺施工。即井位测量定位→基坑开挖→分节高度的确定→刃脚支垫层→刃脚钢筋的绑扎→刃脚模板支设→刃脚混凝土浇筑及养护→井壁钢筋的绑扎→井壁混凝土浇筑及养护→刃脚垫架拆除→挖土下沉→土方吊运→测量控制与观测→封底。故经分析产生抱管的原因也与此无关。

3)后座顶板安装。

施工单位设置的后座顶板采用25号工字钢焊接成一堵墙,为顶管的反力提供一个垂直的受力面,正面焊一块4 cm厚钢板,使各工字钢受力更均匀。工字钢墙的空隙中灌满混凝土,形成一道由钢板、工字钢和混凝土组成牢固和刚度很大的复合后背墙,承受千斤顶传来的顶进反力(因工期紧、工作井多故可吊装重复利用,节省资金)。后背墙安装无误后,在后背墙与井壁间浇筑混凝土,并垫一层8 cm厚的木板,以使井壁受力均匀。故经分析产生抱管的原因也与此无关。

4)导轨拼装。

施工单位在导轨拼装时,使导轨和工作井底板预埋钢板焊接,符合规范要求。并随着管道顶进荷载的变化及时校正导向轨。从导轨安装上来说未出现偏差,故不会导致抱管现象发生。

5)千斤顶、油泵、顶铁安装。

施工单位采用4台200 t/台千斤顶作为主顶,千斤顶行程为1.4 m。千斤顶动力由油泵提供。千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于后背墙传至工作井。前端顶进分压环,顶铁将顶力传至管节。分压环制作具有足够的刚性,与管端面接触相对平整,无变形。故产生抱管的原因与此无关。

施工单位的油泵设置应符合规范要求,在开顶前,进行了试运转。但因工期紧,工作面展开多,设备供应不足,故未配备备用油泵。此段顶进过程中遇到坚硬土层需加大顶力,顶力超出一定限度,导致油泵烧坏,却不能及时更换油泵。延误工期两天两夜。造成机头及已顶进管段间歇时间长,使管周围土体坍塌形成抱管现象。

6)洞口密封及注浆。

机械顶管长距离顶进时,必须采用注浆工艺,利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的摩擦力,减少土体变形沉降和隔水。且需在井壁上预埋钢板焊接螺栓。顶管进洞前安装止水胶板,并用外夹钢板夹紧固定,形成施工洞口止水圈。施工单位在油泵烧坏后,停止注浆,且在洞口处制作的密封圈不够严实,导致已注入的触变泥浆从密封圈溢出洞口外,加大了管壁与土体之间的摩擦力,且使土压仓内的压力失衡。因此分析施工单位未按规程操作此工艺是导致抱管的一个重要因素。

7)泥水平衡顶管掘进。

在顶管掘进这个环节中,顶管施工前,需进行详细调查研究,根据场地地质情况,编制可行的施工方案。施工单位在工期紧,且地质勘察不准的情况下,顶力计算失误,遇火山岩土质,正面土体压力过大,增大主千斤顶负荷,导致油泵烧坏。经分析此原因为导致抱管的直接原因。

8)出土方案。

采用泥水平衡式顶管机出土,需要在顶管机中注入含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削顶管机前方的原状土,与注入的泥水搅拌,泥水通过吸泥泵排到地表泥浆池中沉淀,表层泥浆可以反复循环使用,沉淀下的泥沙用汽车外运。冲泥和吸泥泵稳定工作时,调节冲泥和吸泥的泵量,冲泥舱内应保持一定压力,舱内泥水压力应与地下水压力相平衡,泥水压力过大,将增加主千斤顶负荷。施工单位在烧坏油泵后,停止了冲泥和吸泥泵的工作,因此冲泥舱内压力失衡。更重要的是当时气温在-10 ℃左右,泵管停止循环,泵管及泥浆池里的循环泥浆结冰,故发生了连锁反应,最终导致管壁被土体抱死,无法顶进。

3 结语

泥水平衡式机械顶管掘进机能够保证安全、优质、高效地完成顶进施工任务。但在顶管前,必须进行详细的调查研究,在了解土层变化情况、地下水位情况及外部气候条件下,编制可行的施工方案,在施工过程中严格控制施工工艺,按规范执行。把顶管不利因素降到最低,且不能凭经验盲目顶进,否则会造成很大的经济损失。

参考文献

[1]GB50268-97,给水排水管道工程施工及验收规范[S].