富水砂卵石地层 篇1
1 工艺原理
泥水加压式盾构是在盾构的前部刀盘后侧设置隔板, 它与刀盘之间形成泥水压力室 (称为泥水舱) , 将加压的泥水送入泥水舱, 当舱内充满加压的泥水后, 通过加压作用和压力保持机构, 泥浆在压力的作用下缓慢向地层中渗透来支承掌子面稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水, 以流体输送方式送到地面。在地面泥水分离系统中, 将泥水调整到适合地层土质状态后, 由泥水输送泵加压后, 经管路送到盾构开挖面泥水舱, 泥水在稳定开挖面的同时, 将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆, 再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥水, 根据土砂颗粒直径, 通过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离后, 经调浆池进行再次调整, 使其成为优质泥水后再循环到开挖面。
2 施工技术
2.1 盾构选型
盾构选型必须满足设计要求, 兼顾盾构机的造价成本和工期要求, 确保盾构施工的安全可靠, 尽量降低对环境的影响。盾构机机型选择正确与否正确是盾构隧道工程施工成败的关键, 所以盾构选型必须严守以下几项原则:
1) 选用与工程地质匹配的盾构机型, 确保施工绝对安全;
2) 可以辅以合理的辅助工法;
3) 盾构的性能应能满足工程推进的施工长度和线性要求;
4) 选定的盾构机的掘进能力可与后续设备、始发基础等设备匹配;
5) 选择对周围环境影响小的机型。
2.2 泥浆的配置
工作泥浆的配置分两种:一种是天然泥浆;另一种是膨润土泥浆。天然泥浆是将地层中的粘土加以利用, 当泥浆比重和粘土因为地层中的粘土上涨时, 向泥浆池加入水和添加剂调节泥浆性能。这种方法由于天然粘土中或多或少存在些杂质、粉砂等, 故质量不太高, 但是在含土量丰富的地层中是有必要的, 不但可以降低成本, 还可以节省调节泥浆性能的时间。
膨润土泥浆是采用水、颗粒材料和添加剂调制泥浆。颗粒材料多以粘土、膨润土、陶土、石粉、粉砂、细砂为主。添加剂多以化学试剂为主。这种方法成本高, 但浆液的质量可得到保证 , 在含泥量较少, 地下水丰富的砂卵石地层中更为重要。
这里是一些配料的使用, 见表1。
2.3 开挖面稳定技术
泥水盾构开挖面土体是依靠泥水压力对开挖面上的水土压力发挥平衡作用以求得稳定。泥水压力主要是在掘进中起支护作用, 其原理如图1所示。当盾构底部处于地下水位以下的深度为H时, 其水压力为γ水×H, 而在盾构正面密封舱 (即泥水压力室) 底部的泥水压力为γ泥× (H+Δh) , 由此可见地下水压力小于泥水压力。因此, 在盾构正面密封舱内通入高于地下水位Δh的泥水, 则在开挖面任何一点y处的地下水压力为γ水×y, 泥水压力为γ泥 (y+Δh) 。一般情况下Δh取2m, 而γ泥大于γ水, 开挖面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力, 从而就形成了一个向外的水力梯度, 这是保持开挖面稳定的基本条件[1]。
泥水盾构在掘进过程中, 泥水不断循环, 开挖面的泥膜因受大刀盘的切削而处在形成—破坏—形成的过程中。由于地层的变化等因素, 开挖面的平衡是相对的。由于泥水盾构在掘进过程中, 开挖面充满泥水, 泥水压力室前侧是切削刀盘, 后侧是密封隔墙, 四周是盾构壳体, 施工操作人员是不可能用肉眼直接观察到开挖面稳定状况。为此, 通常采用出碴量控制、溢水量检查、地表沉降与信息反馈、开挖面水压信号检查对开挖面的稳定状况进行判断。
2.4 常压进泥水舱
本标段盾构穿越的地层全为富水砂卵石土层。卵石含量高, 单轴抗压强度高, 刀盘刀具磨损严重, 需要进行刀具的更换, 因此, 换刀工作进行得很频繁。采取的基本措施:
(1) 盾构始发后, 有计划地进行刀盘、刀具检查, 预先采用在合适位置进行地层加固, 有计划的进行刀具检查, 并根据检查的结果进行刀具磨损分析、制定刀具维修与更换方案, 进行有计划的刀具检查、维修与更换, 确保设备完好率, 提高施工效率, 减少被动停机;
(2) 在常压开舱时, 提前作好地面降水施工。在距离隧道中线5m位置两侧布置两口降水井, 井深超过隧道底7～8m即可。提前降水3d, 基本保证开舱时水位在刀盘中心线以下, 同时在洞内放水泵进行辅助降水;
(3) 刀盘磨损需要进行修复时, 提前做人工挖孔桩作掌子面的卫护结构, 挖孔桩施工位置占据刀盘的一半即可, 直径为1200mm。挖孔桩施工完成后孔内回填素砼C15, 回填高度至隧道顶2m即可。
2.5 带压进泥水舱
由于成都地层是富水砂卵石地层, 保压难度较大, 气体逃逸速度较快, 保压是一大问题。故采取以下步骤保证进舱人员的安全:
(1) 将泥水舱内85%的碴土和卵石循环排至地面, 保证后续工作有总够的工作面, 方便快捷施工;
(2) 进浆管和底部排泥孔将泥浆循环, 用低比重的泥浆逐步置换刀盘内较高比重泥浆, 是泥浆比重尽量保持在1.02～1.08之间, 是开挖面形成优质的泥膜。
(3) 降低泥水舱内液位, 用高压气体置换泥水仓内泥浆, 观察舱内液位是否迅速上涨, 压力是否迅速下降, 同时观察压力传感器上部和中部的显示是否相等。
(4) 泥水舱内压力检查:设定压力值为0.11MPa, 压力传感器上部、中部显示为0.11MPa。压力波动不超过0.02MPa, 现在已经具备进仓条件。
(5) 作业人员进舱:工作人员进入舱内关闭好舱门 (辅助工具放入舱内) , 由操舱人员把人舱压力按规定时间加压到0.11MPa, 检查舱内人员正常后, 打开气压舱和人舱的连通阀门, 打开舱门进入气压舱内。
2.6 大漂石的处理问题
本标段盾构穿越的地层主要为富水饱和的卵石土层, 大粒径砾石含量较高且局部富集成群。发现的最大漂石直径达60cm。
在施工中, 采用的技术措施如下:1) 采用面板式刀盘, 对防止掌子面的坍塌有一定作用;2) 盾构机刀盘上安装有切刀和双刃滚刀。
两种刀具配合可以适应从极软土层至极硬砂卵石地层中的掘进;3) 对大于400mm的大漂石或滚刀破岩能力不足时, 考虑采用辅助措施;4) 在条件允许时优先考虑从地面加固地层, 待掌子面有足够的自稳能力后, 进入泥水舱利用液压锤进行大漂石的处理。
3 结束语
盾构机于2007年1月20日在现场组装完成并顺利始发, 2008年1月29日区间945.1m的掘进。最高月进度掘进234环, 共357m, 创造了在富水砂卵石中盾构掘进新记录。日最高掘进记录为22.5m (15环) 。
施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。建筑物基础沉降监测结果显示, 最大沉降值为4.9mm, 平均沉降为2.7mm, 房屋倾斜率0.4‰, 建筑物安全。得到了各方的好评。
参考文献
富水砂卵石地层 篇2
海淀500kV电缆隧道工程是北京地区首个500kV电压等级的电缆工程, 中铁隧道集团有限公司承担施工的第三标段位于北京市石景山区, 起于金顶北街东侧, 止于八大处路西侧, 盾构隧道沿永引渠自西向东布置, 隧道全长1 959m。
本标段所属区域为冲洪积平原地貌, 清河古河道流域区, 地势总体呈西高东低之势;地面以下20m深度范围内的地层划分为人工堆积层、新近沉积层及一般第四纪沉积层;电力隧道主要穿越土层为卵石层, 夹有细砂层、粘土层及碎石层;检查井、接收井探孔发现卵石粒径随深度递增, 局部存在大直径卵石, D ≥ 400mm。其工程地质概况如表1 所示。
北京西部地区典型砂卵石地层特点:卵石粒径大;卵石含量高达50%~ 80%, 细颗粒少;卵石强度高, 大于100MPa; 地铁穿越范围内全断面无水;地层破坏性为突发性, 属脆性破坏。该地层与国内其他在建地铁城市相比地质情况复杂, 对盾构设备刀具磨损严重, 施工难度高。在该种地层中进行盾构施工并实现长距离不换刀, 为世界性难题。
2 刀盘刀具配置
2.1 初装刀盘配置情况 (图1)
2.2 强化先行刀替代原装滚刀设计
针对本标段的卵石地层在刀具配置方面采用三层刀具复合设计:强化先行刀采用高低差间隔配置, 高刀与低刀高差为20mm, 低刀与刮刀高差为35mm。
第一阶梯采用强化先行刀和中心先行刀刀, 首先接触开挖面对卵石、圆砾进行先行破碎, 中心刀还可以起到定心并增大出渣效率及土体扰动性能。配置强化先行刀可显著增加切削土体的流动性, 大大降低切削扭矩, 提高刀具切削效率, 减少主切削刀的磨耗。
第二阶梯则配置低先行刀, 其一, 与高先行刀配合使用, 进一步破碎松动后的卵砾石;其二, 当高先行刀磨损失效后替代已经磨损的高先行刀工作。实现一次性超长距离掘进, 减少换刀次数, 节约施工成本。
第三阶梯是切刀及边缘刮刀, 对开挖面进行最终切削清理, 直至掘进结束。
2.3 刀盘先行刀工作原理
先行刀布置在切削刀切削轨迹之间, 通常比切削刀高30 ~ 50mm, 不起直接切削作用, 用于先行切削松动原始地层, 减小切削刀切削阻力, 松动地层, 降低磨损。
砂卵石地层是一种咬合不稳定地层, 粒径大, 致密, 内摩擦角大, 咬合力强, 常规切削有很大难度, 但受扰动后极易自行崩塌, 先行刀的扰动作用下, 切削刀只需辅助剥落即可完成掘进切削过程。对于砂卵石地层, 先行刀的意义和重要性远大于切削刀, 其中又因先行刀可实现满盘灵活布置的优势使其更加不可或缺。在刀盘结构选型合理、渣土流动顺畅的前提下, 只要保证先行刀发挥作用, 就基本可以保证掘进的顺利进行。
2.4 先行刀与滚刀优势分析
1) 寿命优势 根据国内工程相关统计滚刀在砂卵石地层正常磨损系数为70×10 ″3-100×10 ″3mm/km, 先行刀平均磨损系数为33×10 ″3mm/km, 滚刀允许磨损量一般取为20mm, 先行刀允许磨损量可超过40mm, 综合而言, 先行刀寿命可达滚刀寿命5 倍以上。
2) 经济性 目前国内单刃滚刀价格大约为先行刀的1.5~2 倍, 砂卵石地层中滚刀掘进距离约200~400m, 先行刀掘进距离在1 000m以上, 综合比较经济效益明显。
2.5 重新设计后刀具配置 (图2)
3 使用效果
按照新的刀具配置方案, 用强化先行刀代替原设计中的滚刀, 并对刀具配置进行优化设计后, 成功克服了清河古河道中大粒径的漂石、孤石, 成功实现了盾构在砂卵石地层中掘进1.9km不换刀。
4 结论
1) 海淀500kV电缆隧道工程第三标段盾构隧道的顺利贯通为以后相似地层的长距离盾构施工提供了宝贵的经验。
2) 在砂卵石地层掘进盾构刀具配置中切刀只起辅助剥落作用, 强化先行刀是盾构掘进的关键。
3) 砂卵石地层盾构刀具组合配置采用切刀、高低强化先行刀;强化先行刀采用高差设计, 接替工作, 可以有效实现超长距离掘进。
摘要：为适应砂卵石地层长距离掘进, 提出以下解决办法, 盾构刀具采用强化先行刀替代滚刀, 并采用高低设计配置, 先行刀采用高差设计, 进一步延长掘进距离并增强刀盘对地质的适应能力, 对砂卵石地层盾构刀具选型设计具有重要意义。
关键词：盾构,砂卵石地层,长距离掘进,刀具配置
参考文献
[1]李建斌.浅谈盾构刀盘的设计与应用[J].建筑机械化, 2006, 27 (3) :31-35.
砂卵石富水地层注浆加固技术 篇3
关键词砂卵石地层;隧道;暗挖施工;注浆技术
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0056-02
1工程概况
1.1概况
北京地铁十号线一期工程苏州街站位于海淀南路与苏州街交叉路口,车站总长195m,总建筑面积12627.7m2。车站共设置了四个出入口和两座风道及风井。由于受周围环境的限制,为减少对周边居民、商业经营活动及交通的影响,车站施工采用矿山法全暗挖施作。其中主站体两端设计为双层双跨单柱拱形结构(标准断面见图1所示),双层暗挖段共长166.0m,开挖宽度22.5m,开挖高度17.15m,覆土厚6.0~7.0m,局部仅有3.4~4.5m。
图1车站双层暗挖结构标准断面图
站位处路面下各类既有管线密集(对车站施工有影响的需保护的地下管线达20条之多,且大多为雨污水管、自来水管、燃气管等对施工产生较大影响的管线),道路交通繁忙,车站周边为高层商业区和住宅区。施工受周边环境影响较大。
1.2工程地质和水文地质条件
车站通过主要地层从上至下分别为:粉质粘土层、粉土层、圆砾卵石层、中粗砂层、粉细砂层、粉质粘土层、卵石圆砾层,基底位于卵石圆砾层。其中细砂、中砂层地质特性为:褐黄色,密实,湿～饱和,低压缩性,含有云母、圆砾,连续分布;卵石圆砾层特性为:密实度为密实～中密,湿～稍湿(局部饱和),低压缩性,卵石部分D大=28cm,D长=32cm,D一般为6～8cm,亚圆形,级配较好,含中砂约25%～30%,连续分布。
站体施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水,结构大部分位于潜水层,结构底板位于承压水层,三层水对站体地下施工均造成影响。
1.3施工方法
为控制地面沉降变形和确保周边环境的安全稳定,双层结构采用了对地层和周边环境影响均较小的“PBA”洞桩法进行全暗挖逆作施工。“PBA”洞桩法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合,即在地面上不具备施作基坑围护结构条件时,改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱共同构成桩、梁、拱(PBA即为桩(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)三个英文字母的简称)支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施作内部结构,最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
2砂卵石富水地层暗挖施工难点
在采用“PBA”洞桩法进行全暗挖逆作施工时,首先要在主站体内开挖6个小导洞,小导洞位置和导洞所处地层如图2所示。
砂卵石地层中进行导洞开挖存在以下施工难点:1)结构所处位置地下水位高,工程地质条件差,上、下导洞拱部分别位于砂层和大粒径卵石层,特别是上导洞拱部位于粉细砂层中,自稳性极差,施工风险很大。 2)因卵石层粒径较大,注管导管成孔较困难,并且空隙较大注浆很难控制,效果较差。因此卵石地层超前注浆加固技术是施工中的一大重难点。3)由于本站地下管线密集,需进行保护管线较多,因此在进行暗挖作业时,需采取措施控制沉降变形,保证结构以上地下管网的正常使用。
图2导洞结构所处地层剖面示意图
3注浆设计
暗挖隧道砂卵石富水地层采用超前小导管注浆进行加固。
3.1注浆材料的选择和浆液配比
3.1.1注浆导管的选择
由于卵石层松散且卵石粒径较大(少数超过30cm),小导管成孔困难且极易造成对地层的扰动而变得更加松散,因此在此地层中注浆导管选用小直径的短导管。本工程采用了外径Φ32mm水煤气管作为超前小导管,壁厚3.25mm,管长L=2.0m。
3.1.2注浆材料及浆液配比
小导管注浆材料及配合比根据地质不同情况和要求进行配置。本站施工中采用的注浆材料和浆液配比见表1所示。
3.2注浆孔布置
注浆加固范围为开挖轮廓外300~500mm地层,注浆管在砂卵石层拱墙范围内全设。注浆孔环向间距0.3m,纵向间距0.75m,外插角10°～15°。注浆导管布置示意(见图3所示)。
图3注浆导管布置示意图
3.3注浆量和注浆压力
3.3.1注浆量的计算
砂卵石地层注浆量可按下式计算:
Q=K×α×β×V
式中K:为损耗系数,一般可取K=1.35;
α:为地层孔隙率,取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;
β:为孔隙填充系数,取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;
V:为被加固的土体体积。注浆加固的土体体积按下式确定:V=π×D2×L/4,式中L为注浆段长度,D为注浆体的直径;
根据上述公式,本工程不同地层单孔注浆量见表2所示。
3.3.2注浆压力
注浆压力应根据地层致密程度决定,一般控制在0.5～1.0Mpa范围内。太小不易扩散,太大则顺着卵石间缝隙扩散很远浪费材料。
4注浆施工
4.1注浆导管加工
注浆导管采用Φ32mm水煤气管制成,先将钢管截成2.0m长,然后将一端做成尖锥形,另一端焊上Φ6mm钢筋制成的铁箍。在距离铁箍0.5～1.0m处开始钻孔,钻孔沿管壁间隔150mm,呈梅花型布设,孔位互成90°,孔径6～8mm。
4.2注浆作业
注浆采用KBY-50/70型雙液注浆泵进行施工。掌子面注浆采取隔孔注入的方式,这样既避免注浆孔相互影响,又使后注浆孔起到补充注浆的作用,使浆液扩散均匀保证注浆效果。
为保证配制浆液胶凝时间为1~2min,在现场进行材料配合比试验,确定最佳注浆参数。
小导管注浆采用“注浆一段,开挖一段,段段推进”的方式,每架立一榀格栅打设一环,纵向搭接1米。为保证掌子面稳定,防止浆液泄漏,注浆前应先对工作面喷5cm混凝土封闭。
为了满足注浆固结地层的目的,注浆过程采用双向控制,即达到设计注浆量后停注;或虽未达到设计注浆量但已达到设计注浆压力,也可根据具体情况停注。
4.3注意事项
1)掌子面冒浆。在注浆过程中应认真观察掌子面的变化,由于浆液的进入会引起地层变化,在掌子面封闭强度低的地方,可能会出现冒浆。因此需要对冒浆处加以堵塞,必要时采取间歇注浆的办法,以保证浆液有效地注入需固结的砂卵石地层。2)注浆压力变化。注浆过程中,压力应控制在一定范围之内,达大或过小都不能满足施工需要。压力过低应检查有无漏浆之处,压力过高应检查管路是否有堵塞之处。3)注浆量调整。注浆量应根据地层情况,通过现场试验不断调整,以达到因结效果且经济合理。4)胶凝时间控制。胶凝时间需要根据需加固地层的性质确定。地层含水量大时,浆液易被地下水稀释,影响固结效果,需要缩短胶凝时间;含水量小时,为了扩散一定范围,需要延长胶凝时间。胶凝时间由双液浆的混合比例来控制。须在现场根据地质情况调整,方可满足施工要求。
5施工效果和体会
在砂卵石富水地层中进行隧道暗挖施工的关键是对松散砂卵石地层的加固技术。本工程采用了掌子面全断面超前注浆加固方法,达到了加固地层和超前支护的作用,根据现场监控量测的结果,地面变形大多控制在20~25mm之间,保证了地下管线正常使用要求。在砂卵石地层中注浆加固的效果与地层条件、施工方法、施工控制参数、注浆孔布置、浆液的材料与配比、胶凝时间等有关,现场实际应用,一要加强理论分析与设计;二要加强施工管理和现场监控,严格控制注浆施工中的主要参数(注浆压力、注浆量和胶凝时间),根据现场施工情况及时调整施工参数。
参考文献
[1]北京地铁十号线一期工程苏州街站设计施工文件[R].
富水砂卵石地层 篇4
密实砂卵石地层中超前小导管施工技术研究
结合具体工程实例,研究了密实砂卵石地层中超前小导管施工技术,分析了超前小导管在密实砂卵石地层施工中存在的问题,提出了解决问题的.具体对策,得出了该工程经济效益和社会效益较好的结论.
作 者：阙庆珍 QUE Qing-zhen 作者单位：龙岩永武高速公路有限公司,福建龙岩,364000 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2010 36(3) 分类号：U455.4 关键词：密实砂卵石 小导管 超前预支护 质量控制富水砂卵石地层 篇5
南昌地铁1号线秋中区间主要穿越砾砂、圆砾及泥质粉砂岩地段, 且穿越赣江, 地下水位高、水量丰富、补给强, 砾砂中砾石含量达40%以上, 圆砾中圆砾粒径>20mm达到35%, 在此类地层如此丰富的既有水体下进行带压进仓作业, 如何做好掌子面及盾体周边的泥膜、盾尾水体及通道的封堵均是没有现成的经验可以借鉴, 本文主要结合工程实际施工情况, 对泥水盾构在过赣江富水砂层地段带压进仓作业时地层气密性封堵方面施工方法及工艺进行总结, 为类似工程提供借鉴与参考。
1 工程概况
南昌市轨道交通1号线一期工程秋水广场站-中山西路站区间线路从秋水广场站出发, 沿东西方向下穿赣江, 到达中山西路站, 平面曲线半径360m, 最大纵坡为28‰。本区间主要在赣江下穿行, 隧道埋深5.4~21.50m。
1.1 工程地质
区间地层自上而下依次划分为 (1) 2素填土、 (2) 2淤泥、 (2) 3细砂、 (2) 5粗砂、 (2) 6砾砂、 (2) 7圆砾、 (2) 8卵石、 (5) 1泥质粉砂岩。在盾构带压进仓地段盾构穿越的主要以砂卵石+泥质粉砂岩为主的复合地层, 从上至下依次为为 (2) 6砾砂、 (2) 7圆砾、 (5) 1-1强风化泥质粉砂岩, (5) 1-2中风化泥质粉砂岩, 其中砾砂厚度2~2.5m, 圆砾层厚度1.8~2.5m, 强风化泥质粉砂岩0.5~1.0m, 中风化泥质粉砂岩1.5~2.0m。
1.2 水文地质
场区地表水主要为赣江水源。工程区浅部孔隙性潜水, 主要赋存于第四系全新统冲积层的砂砾石层中, 地下水位埋深较浅, 标高14.29~15.45m, 水系与赣江联系紧密, 且受地表降水影响波动大, 碎屑岩类脉状裂隙水主要赋存于第三系新余群含钙粉砂岩与钙质泥岩层段, 厚度20~50m左右。
2 带压进地层气密性封堵的总体方案
盾构带压进仓气密性的关键在盾体周边地层气密尾的封堵, 主要是掌子面泥膜质量的好坏以及盾尾的堵漏措施的成功与否。
在地层与盾构间隙间通过高粘度的泥浆的置换, 调整垫仓的气压值, 加大高粘度的泥浆对地层的渗透, 形成质量较好的泥膜, 对富水砂层地层间的孔隙进行了全面的封堵, 盾尾与管片之间通过加大同步注浆数量以及对盾构停机后盾尾后3环管片进行开孔注入高粘度泥浆堵剂, 对盾尾后方的管片与管片之间的间隙进行封堵;同时加大盾尾的盾尾油脂注入量的注入, 提高油脂腔的油脂压力, 切断盾构尾部通过盾尾油脂腔渗入到盾尾的通道, 整个盾体周围及掌子面形成一个封闭的腔体。
3 气密性封堵的流程
根据整个总体施工方案的内容, 气密性施工的控制的流程如下。
气垫仓压力的计算与设定→盾尾管片首次封堵→盾尾油脂腔封堵→泥浆拌制→盾尾管片二次封堵→刀盘仓泥浆的转换→掌子面泥膜建立→泥膜及盾体封堵效果的检查。
4 施工方法及步骤
4.1 气垫仓压力的计算
根据带压换刀处的地质与水文条件, 按照水土分算的原则, 依据 (1) 式进行泥水压力的计算
经计算刀盘中心处的泥水压力为1.69bar。
4.2 气垫仓压力的设定
秋中区间上行线掘进到156环时要实施带压进仓, 根据该地段的地质纵断面图, 其掌子面已有一半的基岩, 水土计算时不考虑下部基岩的影响, 实际设定时取隧道顶部往下1.5m处的水土压力来进行设定, 本次压力设定确定为1.5bar。
4.3 盾尾管片首次封堵
在到达预定开仓位置前, 提前3环提高管片的同步注浆量, 在此之前每环同步注浆量为6m3, 进入到开仓停机前3环, 每环注浆量提高到8m3, 同时针对停机位置位于富水砂层地段, 这3环的同步注浆配合比进行了微调, 每方减少膨润土50kg, 增加胶凝材料50kg, 使浆液的初凝时间由原来的6~8h, 调整为4~6h。同步注浆采用构盾上的4台注浆泵, 盾尾4个注浆管同步进行, 注浆的流量根据掘进速度控制均匀、稳定, 管片与地层之间填充均匀、密实。
4.4 盾尾油脂腔封堵
在进入到开仓位置时, 提高盾尾油脂的注入量, 原来每环盾尾油脂的注入量为20kg/环, 掘进到开仓管片环时, 盾尾油脂注入量提高到33kg/环, 注脂泵头压力由原来的40~60ba提高到60~80bar, 盾尾油脂腔的压力由原来的15~20bar提高到30~35bar。盾尾油脂的注入采用构盾上的注脂泵进行、盾尾每道腔的4个油脂管注入要均匀、匀速的注入。
4.5 泥浆配比及拌制
4.5.1 盾尾管片封堵泥浆的配比
根据盾尾管片上方地层的情况, 以及同步注浆浆液收缩的特性, 通过现场试验, 最终确定对于盾尾管片封堵泥浆的配比按下列配比进行:50kg (谷糠) ∶300kg (膨润土) ∶200kg (Ⅱ型堵漏剂) ∶1 000kg (水) 的配合比拌制, 泥浆的粘度控制在90~120S, 比重控制在1.05~1.1。
4.5.2 刀盘仓及盾体封堵泥浆的配比
通过对盾体及刀盘仓前方地层的分析, 结合掌子面泥膜形成的影响因素, 最终确定刀盘仓及盾体封堵泥浆的配比为:100kg (膨润土) ∶10kg (Ⅰ型制浆剂) ∶30kg (Ⅲ型制浆剂) ∶1 000kg (水) , 粘度控制在9 0~1 5 0 S, 比重控制在1.10~1.15。
4.5.3 泥浆的拌制
在注浆准备工作进行的同时, 可提前进行泥浆的拌制, 使膨润土充分膨化, 泥浆在泥浆站搅拌池拌制, 拌制时先进行膨润土的拌制, 然后在膨润土泥浆中掺入制浆剂 (堵漏剂) 的拌制, 最后根据泥浆需求掺入谷糠。泥浆拌制时膨润土 (制浆剂、堵漏剂) 加入到涡流制浆机中, 充分搅拌后由高速泵泵送到搅拌池, 最后根据泥浆类型, 在搅拌池内根据需要掺加谷糠, 由搅拌池搅拌器对浆液进行搅拌, 进行膨化, 根据检测结果调整膨化时间。
4.6 盾尾管片二次封堵
采用冲击钻将管片的二次注浆孔打通, 安装注浆头和止浆闸阀, 注浆密封采取由后向前, 由下往上, 左右对称原则进行, 注浆采用构盾上的注浆泵进行, 注浆时打开顶部二次注浆孔作为观察孔, 顶部注浆孔流出浓泥浆后, 关闭顶部注浆孔闸阀, 继续注浆同时观察注浆泵的压力情况及注浆管情况, 如果注浆压力增加很快且压力超过5bar, 或注浆管出现比较大的跳动, 表示该环注浆已满, 可停止注浆, 进行下一环的二次注浆封堵, 二次注封堵注到离盾尾最近的一环时, 要适当减少注浆量和减小注浆压力, 防止泥浆太力过大, 击穿盾尾刷, 破坏盾尾刷, 并把泥浆注入油脂腔及盾壳内。
4.7 刀盘仓泥浆置换
将盾构的同步注浆管接到构盾刀盘仓上的预留注浆管, 打开注浆管闸阀, 利用注浆泵直接将优质泥浆注入到刀盘仓, 在往刀盘仓注入过程中, 打开气垫仓下部的排污阀, 一边进行刀盘仓泥浆的注入, 气垫仓一边排出劣质泥浆, 一直循环, 待气垫仓排污阀排出泥浆的指标粘度控制在90~120S, 比重在1.05~1.10g/cm3时, 停止刀盘仓泥浆的置换。
4.8 掌子面泥膜的建立
待刀盘仓泥浆置换完成后, 适当的提高气垫仓压力比理论值高0.2~0.3bar, 使得泥水仓内泥水压力稍高于理论计算压力, 并持续保压3h在持续保压的过程中每隔30min转动刀盘, 此时转动刀盘转速控制在0.3~0.5r/min, 每次转动3~5min, 使掌子面形成稳定的泥膜。
4.9 气密性检查
在整个建膜完成后, 对带压进仓之前对气密性的效果进行检查。检查时先进行气垫仓液位的降低, 降低液位的方法与泥浆置换时的方法相同, 同时也可以打开P2.1泵的排浆阀, 当液位降到10%左右时, 打开刀盘仓与气垫仓之间的平衡阀, 整个气垫仓的气体通过平衡阀进入到刀盘仓, 此时开始安排专人对保压系统的进、排气量进行详细观察, 每隔5min记入一次进、排气量, 30min没有进气量的补给, 说明本次泥膜与盾尾的封堵是成功的, 可以进行带压进仓作业。
5 实施效果
本次南昌地铁秋中区间按本方法总共置换泥浆建立泥膜、盾尾封堵注浆8次, 气密性检查效果良好, 进仓前气密性检查时未发生气体逃逸现象, 为南昌区域富水砂层地段的盾构带压进仓泥膜建立及盾尾封堵积累了十分宝贵的经验。
6 结论与建议
1) 富水砂层地段, 通过盾尾加大同步注浆量、采用堵漏泥浆封堵、刀盘仓采用优良泥浆进行置换, 设定合理气压的控制值, 通过合理的时间控制, 盾体的密闭性是能够达到带压进仓的作业条件的。
2) 鉴于目前大量的泥水盾构投入到地铁隧道的建设, 带压进仓作业不可避免的出现, 为保证带压进仓的安全, 盾构气密性的控制应严格注意以下几点: (1) 带压进仓作业盾体气密性的质量好坏是整个能否带压进仓作业的重要前提, 也关系到整个进仓人员的人身安全, 因此根据地层的条件选择合适的优质泥浆、制定严格的泥浆置换流程与操作指南, 加强泥浆置换效果及盾尾泥浆封堵的监督检查是至关重要的; (2) 带压进仓作业是危险性极高的作业工序, 除了整个盾构的与周边地层的气密性要符合要求外, 盾构自身设备的保压控制系统的稳定、空压机系统的机况良好同样是保证作业安全的重要因素, 进仓作业前要加强对以上设备的检查与保养。
摘要：以南昌地铁1号线一期工程秋中区间隧道工程为依托, 通过多次成功完成带压进仓下刀具检查及更换维修作业, 从地层气密性封堵的泥浆配比、气压的设定、盾尾的封堵、刀盘仓泥浆的置换、泥膜的建立、气密性检查等施工方法及工艺进行总结, 为类似工程提供一点借鉴。
关键词：泥水盾构,富水砂层,带压进仓,气密性
参考文献
[1]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.
[2]杨书江, 孙谋, 洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.
[3]王勇.关于盾构隧道人员进仓作业危险性分析与评价[J].隧道建设, 2010, 30 (4) :402-406.