富水软弱地层五篇

富水软弱地层 篇1

中天山隧道为全线重点控制工程,位于伯信特隧道和塔塔儿车站之间,隔乌苏通沟与伯信特特长隧道相望,是穿越博尔托乌山的双单线隧道。隧道左线全长22.449km,与右线线间距36m。该隧道通过区围岩类别以Ⅲ级为主,其次为Ⅱ、Ⅳ级围岩及岩性较差的Ⅴ级围岩。测算隧道正常涌水量14 543.4m3/d,最大涌水量39 086.8m3/d。本隧道通过一级断层3条,次级断层8条,主断层宽度共计420m。

当TBM开挖到DK149+145~DK149+295段时,TBM掘进揭示实际地质为华力西期花岗岩,受构造影响很严重,呈肉红色夹杂灰绿色,节理裂隙很发育,节理裂隙多为宽张及微张,节理面有高岭土、绿泥石填充物。岩体很破碎,呈角砾状结构,局部碎石状,大小混杂,拱部裂隙水呈线状渗流,局部成股状。目前隧道洞室埋深1 500m,本段属高-极高地应力,综合判断为Ⅴ级围岩,围岩支护应采取加强措施,以确保施工安全。

2 施工步骤和措施

1)掘进前 进行超前地质预报预测,以确定破碎带边缘、长度、破碎程度以及含水情况等,根据破碎带的不同情况采取不同的处理措施。轻微破碎地段,对TBM不会造成影响时,可不进行处理;一般的破碎地段采用先掘进再处理的办法;对于严重破碎地段,掘进机无法施工时停止掘进,采用超前迈式锚杆钻孔注浆进行超前加固,然后打超前钻孔检查,证明可行时再向前掘进并进行处理。

2)掘进时 合理选用TBM掘进参数。在不同的地质条件下,TBM所需要的推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩和撑靴支撑力等掘进参数是不同的。在TBM通过断层破碎带时,可适当减少TBM的掘进速度、刀盘转速等掘进参数,这样能有效地减小对围岩的扰动,从而减小或避免发生坍方的可能性,使TBM安全通过。同时要根据掘进中部分掘进参数的相对变化,了解前方围岩的变化情况(例如通过推进压力的大小可推知围岩强度情况,通过刀盘扭矩的大小可推知围岩的完整性情况),从而及时调整TBM的掘进参数或采用其它措施,使TBM快速、安全通过。

3)掘进后 加强支护。对破碎地段,采用喷混凝土、局部加锚杆喷纤维混凝土的支护措施;对严重破碎地段,可采用架设钢拱架、挂网、喷射混凝土或纤维混凝土,进行小导管注浆的支护措施。

3 施工技术

由于TBM穿越此段时,地层含水较丰富,松散的岩体在大量裂隙水的作用下,不但岩体内摩擦力较小,而且还受到地下水动力的作用,松散岩体会紧随着TBM的开挖而坍塌,造成掌子面上岩体坍塌严重,使TBM的滚刀因负荷太大而停止工作;大量的松散围岩向隧洞涌入,紧紧地包裹着TBM的前后护盾,造成TBM的前后护盾挤压变形。另外,松散围岩还造成TBM两侧面的前、后支撑靴没有着力点,使整个TBM既不能前移,也不能后退。为了解决上述问题,本工程采取的具体方案如下:(1)采用超前化学灌浆加固松散岩体,然后掘进;(2)对裸露出护盾的围岩进行喷砼锚杆支护;(3)立钢拱架加强支护继续喷锚;(4)实作径向小导管注浆围岩补强。此方案中本着短开挖、早支护、勤量测的原则实施,掘进一段距离后(1)、(2)、(3)可以同时进行互不影响。

3.1 超前支护采用聚氨酯化学浆灌注

聚氨酯是一种水溶性化学灌浆材料,该材料具有良好的亲水性,水溶性聚氨酯的固体是一种弹性体,其伸长率大于150%。化学灌浆材料除了有迅速凝固性能外,还有遇水能迅速膨胀的性能,其体积膨胀率超过120%上,这一特性对TBM刀盘掘进很重要。因为掌子面周围通过灌浆之后,能迅速形成一个固结岩体隔水层或固结圈,防止破碎围岩压实TBM护盾,只有这样TBM才能正常开挖。

聚氨酯化学灌浆现场施工工艺是当围岩露出护盾后采用人工风枪钻打超前迈式锚杆灌注化学浆液。超前迈式锚杆与支护设计如图1所示。

超前锚杆采用R25mm自进式锚杆,长度3m,环向间距100cm,外插角采用20°,于拱部150°范围梅花形布置12根;相邻两排迈式锚杆的水平搭接长度不小于1m。

在距掌子面10~50m处的电机平台位置,用一种专用的灌浆机,将黑、白两种聚氨酯溶剂分别由两路输送,两个出口各安装一只压力表,以显示灌浆时两种溶剂的输出压力,理论上两种溶剂按l∶1配制,因此两个表的压力值相等;每一路连接1根专用塑料软管,输送溶剂至孔口的混合装置,而后通过预先打入围岩之中的迈式锚杆,灌入到掌子面前方的松散岩体中。

化学浆液注浆范围为拱部150°范围,注浆压力为2~4MPa,扩散半径不小于80cm。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,做好记录,分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆。为不影响TBM刀盘向前推进,注浆完成后掘进前割除自进式锚杆外露的端头。

3.2 在护盾裸露出超前注浆范围的围岩时进行围岩喷砼锚杆支护,喷锚采用湿喷工艺

由于此段区域富水,为保证湿喷工艺的正常进行,对超前支护不能堵截的股状水要进行引排。线流及涌水点应在围岩出护盾后利用TBM自身锚杆钻机在出水点部位打排水孔,排水孔深度为1~3m。打好孔后先安装橡胶管,待到线流部位到达引水处理平台部位后再沿岩壁安装透水管和土工布,并用射钉枪将透水管和土工布固定牢固,设计固定点间距为30cm。土工布的铺设必须密贴岩面,未密贴处必须加钉处理,以保证土工布背后形成有效的过水通道,达到隔水引排的最佳效果。引水管及透水管的固定必须紧贴岩面并固定牢靠,保证喷浆过程中透水管不晃动、不脱落。

为了提高富水地段施工现场喷射混凝土的性能,需要对湿喷混凝土的配合比进行优化设计:减小湿喷混凝土的坍落度;增加混凝土的和易性;适当增加液态速凝剂的使用量;优化施工配合比。

经过对混凝土的优化处理,加强设置富水地段的引排水措施及有效改变喷射方法,使富水地段的湿喷混凝土质量有了明显提高,基本杜绝富水地段湿喷混凝土掉块现象和湿喷后的面渗现象,保证了富水地段喷射混凝土光滑、圆顺、美观,并为随后的小导管注浆做准备。

待对裸露围岩喷锚圆顺达到5cm厚度后,利用TBM自身的钢拱架拼装设备架立Ⅰ16型钢拱架,拱架间距90cm,拱架间采用22mm螺纹钢连接,间距1m。

3.3 采取小导管注浆补强支护措施

此方案采用42的钢管打入岩体后注浆,环向间距100cm,纵向间距100cm,管长400cm,注浆后使之在设计开挖轮廓线外形成一封闭环拱圈。小导管注浆设计支护如图2所示。方案安全可靠,机械设备移动灵活,手持式风动凿岩机即可钻导管孔,施工效果好。

3.3.1 设计方案

1)小导管选用42钢管,钢管长度400cm,壁厚为5mm。

2)钢管应垂直岩壁径向布置,并要求钻孔眼底基本在同一半径的圆周上,误差不大于5cm,钻孔孔径为50 mm,孔底间距2.2m。

3)该地层内的充填物较破碎,按照F

4)小导管布设间距与注浆半径的选择有关,按照设计文件提供的有关技术参数,并参照以往施工经验,经试验确定注浆的浆液扩散半径为110cm,导管间距为100cm且梅花形布置,每环从仰拱块顶面起环向布设21根。

5)采用快凝混凝土等锚固材料黏结钢管与孔壁,利用喷射混凝土做止浆墙。

6)实施注浆,压浆过程中进行跳孔间隔压浆,实施挤密型注浆过程,从隧道两侧底部开始,对称压注,最后在拱顶结束。

7)压降过程中若发生串浆则关闭孔口阀门或堵塞空口,待其注浆完毕后再打开阀门;若发生流水则继续注浆,直到达到每个孔的注浆标准。

8)孔口管应埋设牢固,并做好良好的止浆措施。

9)单孔结束标准:当达到终压并继续注浆10min以上,单孔注浆量小于20L/min,预留检查孔涌水量小于0.2L/min。

全段注浆结束标准:所有注浆孔均符合单孔注浆结束条件,无漏浆现象;对预留检查孔进行压水实验,在1MPa压力下进水量小于2L/min。

3.3.2 实施步骤

1)安装小导管 按照设计图在断面上准确标记出孔位,按照标记孔位用手持式凿岩机进行钻孔,然后把预先加工的小导管(图3)打入孔内,最后用快凝混凝土将小导管与孔壁封闭。

2)注浆 检查注浆泵和管路的工作状态正确与否,冲洗导管在打入过程中可能存留在其中的杂物。采用2台注浆机同时注浆,同时记录好各孔的注浆量、注浆时间及故障处理。各孔注浆待压力升至终压时结束注浆并关闭注浆阀门,防止导管内的浆液溢出。注浆过程中预留检查注浆孔。

3)效果检查 从开挖洞壁上观察没有股状水和线状流水,只有拱顶局部有渗滴现象。为进一步检验其效果,在设计开挖轮廓线上钻孔3m深查看,基本无水流出,从钻屑中发现有水泥浆凝结物,表明注浆达到了目的。综上判定:通过注浆达到防坍止水设计要求,可进行洞室开挖。

4 结语

按照如上方法每开挖一个循环后,循环上述支护程序,步步为营,顺利通过了隧道破碎富水地段,且未发生坍塌现象,止水效果明显,基本无渗流现象,为二次模筑结构衬砌混凝土提供了良好的条件,消除了在建筑物上产生的静水压力隧道建成后发生渗水的隐患。

通过采用超前迈式锚杆注浆、喷锚钢架加强支护及小导管注浆的成功方案,基本掌握了TBM在破碎富水地层中的施工方法,特别是在大量富存地下水的条件下,隧道洞室开挖及支护安全通过取得了成功的经验,为地下工程TBM施工方法积累了宝贵的经验。

摘要：新疆中天山隧道在采用TBM开挖过程中,遇到的地质条件十分复杂,断层裂隙发育、围岩破碎、地下裂隙水十分丰富,DK148+145～DK148+295隧洞围岩属于v级围岩。在TBM通过此段不良地质地段时,采用了超前地质钻探、聚氨酯化学灌浆、喷锚、钢拱架、小导管注浆等技术措施,有效解决了排水问题,防止了掌子面围岩的坍塌,保证了TBM安全通过,按时完成了开挖进度,取得了良好的施工效果。

关键词：TBM,软弱围岩,快速通过,施工技术,注浆

参考文献

[1]杨智国.围岩坍塌地段TBM处理措施研究[J].铁道工程学报,2005,(02):51-54.

[2]王树勋,刘芳.TBM施工隧洞富水段湿喷混凝土施工技术[J].水利水电技术,2006,(04):38-41.

[3]苏华友,张继春,史丽华.TBM通过不良地质地段的施工技术[J].岩土力学与工程学报,2005,(09):1635-1638.

富水软弱地层 篇2

南宁地铁1号线某标段采用土压平衡盾构施工,盾构区间地层以富水圆砾地层为主,本工程某左线区间隧道穿越地层主要为(5)1-1圆砾层(95.81%),该地层2～20mm占47.99%、>20mm颗粒平均含量为30.18%,最大粒径70mm,粒间充填以中粗砂为主。重型动力触探试验修正后击数3.8～17.6击,平均10.8击,中密为主。各种地层含量及比率如图1所示。

2 刀盘、刀具耐磨设计

2.1 刀盘耐磨设计

应用于本工程的刀盘采用开挖直径6 280mm,开口率为33%的辐条+面板式设计的复合式刀盘。刀盘防磨损主要是刀盘面板/背后板、刀箱/刀座和刀盘外圈的磨损设计。

1)刀盘面板/背后板耐磨保护刀盘面板/背后板采用在刀盘结构面板上焊接HARDOX板,并且在耐磨板上堆焊方格耐磨焊。刀盘面板/背后板耐磨保护见图2刀盘面板/背后板耐磨保护。

2)刀箱/刀座耐磨保护刀箱/刀座主要是指滚刀刀箱和铲刀刀座,滚刀刀箱采用在刀箱四角处增设耐磨块,铲刀在刀座后侧焊接耐磨块来抵抗在圆砾地层中掘进产生的冲击荷载和磨损破坏。刀箱/刀座耐磨块焊接位置见图3。

3)刀盘外圈耐磨保护刀盘外耐磨圈增设硬质合金耐磨条,耐磨条采用沿刀盘外圈等间距(间距100mm)焊接,在焊接硬质合金耐磨条过程中需要采取措施防止因受热不均导致硬质合金耐磨条开裂。硬质合金耐磨条和焊接位置见图4刀盘外圈耐磨保护图。

2.2 刀具耐磨设计

根据本标段特点和结合我司在成都某标段黏土卵石层的掘进实例刀盘配备了20把先行刀、38把250mm宽刮刀、8把铲刀、4把周边保护刀、4把中心双刃滚刀、11把18寸单刃宽刃滚刀、1把仿行刀、2把液压磨损测试刀。

所有刀具刃口部位都镶有合金粒,刀具呈高低搭配配置,最外侧切削轨迹配备两把滚刀保证开挖轮廓和保护铲刀。滚刀刀间距中间部位90mm,正面区域100mm保证前方土体有效开挖和碴土顺利进入土仓。刀盘旋转时先行刀撕裂圆砾层土体后滚刀进行进一步的破碎,再由250mm宽刮刀进行松散圆砾土的切削。采取上述刀具配置能在中密圆砾层中顺利开挖减少磨损和冲击破坏。根据掘进情况和2把液压磨损测试刀反馈数据判断刀具磨损情况和确定换刀时间,保证刀具磨损不是非常严重的时候发现并更换。

3 螺旋机耐磨设计

螺旋机较易磨损的部位主要是前三节叶片和与土仓壁相连的筒体内壁,对螺旋机前三节叶片和轴采用满布堆焊耐磨焊保护,筒体内壁易磨损部位焊接条形耐磨块来进行磨损保护。螺旋机堆焊和焊机耐磨块位置见图5。

4 结语

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].

富水软弱地层 篇4

论文摘要：本文结合浦南高速公路葫芦丘隧道出口富水、偏压、软弱围岩地段施工实践，详细阐述了对富水、偏压、软弱围岩隧道进行连续的监控量测和动态设计是确保隧道施工安全和结构安全的有效手段。

论文关键词：隧道施工安全动态设计

一、概述

富水、偏压、软弱围岩地段隧道处于千变万化的岩体中，所受外力不明确，至今国内外学术界和工程界对外荷体系的分布和量值仍处于研究阶段，这决定了隧道与地下工程设计是建立在若干假定条件下进行的，是预设计。通过将现场量测获得的有关数据经过数理和力学分析，来判断围岩和支护结构的稳定性及工作状态，从而选择和修正支护参数实现隧道动态设计是确保隧道施工安全和结构安全的根本。本文结合参与浦南高速公路葫芦丘隧道工程实践的过程，对富水、偏压、软弱围岩地段隧道动态设计作一些探讨。

浦南高速公路葫芦丘隧道位于南平东北约10Km处，隧道里程YK228+458。O}YK231+547。0，全长3084米。工程沿线地貌属闽北低山丘陵地形，基本类型为低山丘陵地貌、冲洪积沟谷，海拔最高458。0m，最低85。6m。地形起伏相对较大，沿线丘顶浑圆、条带状，斜坡坡度较缓。该隧道围岩级别为m。W，V级，主要以N，V围岩为主。隧道进、出口段围岩较差、上部覆盖层薄，地质为残坡积土层及强风化云母石英片岩，地下水丰富，围岩自稳性差。易发生坍塌且有偏压现象。

二、施工监测设计及方法

1滥测项目

根据项目合同要求，葫芦丘隧道施工监控量测的必测项目为：地质和支护状况观察;拱顶下沉;周边收敛;地表沉陷。

(1)地质和支护状况观察。观测地质和支护情况，看岩石是否松动、喷层是否开裂、锚杆是否松动等，并做好观察记录。

(2)拱顶沉降。每10―SOm设置一个监测断面，并与地表沉降监测断面重合。每一个监测断面在隧道拱顶设置一个监测点，左线共149个量测断面，149个监测点;右线共124个量测断面，124个监测点。

(3)周边收敛。量测断面布置同拱顶沉降量测，并与拱顶量测断面重合。每一个量测断面布置2对测线，分别布置在设计路面标高以上1。7m和3。2m处，左线共149个量测断面，5%个收敛埋设点;右线共124个量测断面，4%个收敛埋设点。

(4)地表沉降。地表下沉监测点布置根据隧道埋深和距隧道中线间距而定，用水准仪测量，一般从工作面前方2B(B为隧道宽度)处开始测量，若最大下沉量超过规定，马上发出预警并采取措施。测量基点应布置在施工沉降影响之外，不应少于两个且进行联测，通视良好的地方。每5―SOm设置一个监测断面，每断面至少7个测点。左右线共设24个断面。

2、监控量测频率

根据《公路隧道施工技术规范》(川042―94)的要求设计量测频率，结合本隧道的特点，监控量测频率将根据施工情况、变形速率等现场情况予以调整(见下表)。

3、数据采集整理与收敛判断

根据上述制定的频率采集各类监测数据，及时绘制各类数据的时态曲线和空间曲线，分析各种曲线所包含的意义，从中获取围岩稳定情况，确定开挖进度和二次衬砌的施工时间，并不断调整支护参数、优化设计，保证施工安全。

判断隧道围岩和初期支护变形基本稳定的条件为：①隧道周边位移速度明显下降;②水平收敛(拱脚边墙中部)速度(0。2mm/d;③拱顶或底板垂直位移速率)0。lmm/d;④施作二次衬砌前的位移值已达总位移的90%以上;⑤初期支护表面裂缝不再继续发展。

三、量测数据的应用及动态设计

隧道进洞时恰逢雨季，渗水严重。右洞上台阶掘进施工至YK231+470，监控组在所埋设监控断面YK231+500处测得收敛值增大，且有继续发展扩大趋势。3月24日，YK231+500处围岩变化出现异常情况;25日，在隧道右洞观察发现，在右侧壁YK231+503。S，YK231+502。1，YK231+499，左侧壁YK231+504。54，YK231+503。97出现裂缝。随着时间的`推移，围岩支护仍多处出现裂缝，其中最为突出的裂缝在YK231+474处最大，为15mm。根据监控量测人员采集的数据进行分析，对设计进行如下修改：停止上台阶掘进，在YK231+485―YK231+470段先采用U型钢进行横向支撑加固并用。25的钢筋(间距lm)纵向连接形成整体，在上半断面形成闭合并增加U型钢拱架的刚度，防止因侧压力过大导致初支U型钢变形而遭到破坏，增强初支抵抗变形的能力;然后在每棍钢拱架的拱脚处打人两根X48的钢管(Ir4m)，向下与水平呈300。―45。夹角，注浆作锁脚锚杆，并与原有钢拱架焊接牢固，以加强原有钢拱架的受力，尤其加强仰拱闭合施工时上部初支的受力，阻止上部初支变形的进一步变化;待加固处理结束后，立即转人对下台阶及仰拱的施工直至距已开挖掌子面约5―10米处，采取的方法是在左右两侧落底，在时间上先后错开进行，每次落底不超过3棍拱架;在两侧落底完成后，开挖施做仰拱初支，形成初支闭合环，并及时进行仰拱和回填的施工，进一步增强初支的稳定;在以上加固措施到位的前提下，完成落底，形成闭合环。待仰拱闭合后进行环向小导管注浆加固，小导管采用X48的钢管，长L=4m，间距lm，压注水泥净浆，水灰比0。5;1，注浆压力0。5―1。OMpa，达到注浆压力并持续巧分钟后停止注浆;第一批小导管间隔打人、注浆，然后按间距lm补打剩余小导管注浆。

按上述处理后继续对所监控断面进行量测，结果表明：至5月3日左右，洞至开挖掌子面段围岩变形已基本趋于稳定，收敛及下沉缓慢下来。说明措施及时、加固方案得当，变形得到有效的控制。

四、结语

富水软弱地层 篇5

成都地铁采用盾构法施工已经有10年了, 随着盾构掘进里程的增长, 成都地铁富水砂卵石地层[1]盾构掘进技术有所突破, 但盾构掘进超方、结泥饼现象还是时有发生, 导致地表产生塌陷风险。部分专家和学者认为成都盾构施工一直处于“欠压”掘进, 进而导致塌陷, 并且提出掘进过程中盾构土舱压力越高越不会超方的理念。但盾构掘进土舱压力高直接导致刀盘卡死、结泥饼, 超方更加严重, 塌陷频率更大。

本文根据成都砂卵石地层特点和盾构施工特点, 总结出富水砂卵石地层水土压力精确计算方法。希望通过本文, 盾构施工者能够深入理解盾构施工的土压平衡理念, 分不同地层情况精确计算水土压力, 时刻保持盾构土压平衡掘进, 降低超方量, 有效提高盾构施工进度。

1 成都主要地质水文情况

成都平原处于我国新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘, 分界于龙门山隆褶带山前江油—灌县区域性断裂和龙泉山褶皱带之间, 为一断陷盆地, 成都市区位于断陷盆地东缘。成都主要为砂卵石地层, 卵石粒径由东向西逐渐增大, 卵石强度也逐渐提高, 卵石含量为50%~80%, 粒径一般为20 mm~200 mm, 个别粒径超过200 mm, 卵石呈次圆形, 分选性较差, 余为圆砾, 主要填充物为细砂、中砂。卵石强度一般为40 MPa~180 MPa, 卵石层渗透系数K取25 m/d, 为强透水层。

2 成都砂卵石地层盾构掘进情况及难点分析

成都盾构掘进经过近10年的摸索, 主要采用土压平衡盾构, 富水砂卵石地层盾构掘进参数 (平均值) 如表1所示, 碴土改良主要采用优质泡沫和刀盘前方、土舱内加水的改良方式, 提高碴土的流塑性, 以达到土压平衡掘进模式。为了尽量减少盾构掘进超方, 在刀盘扭矩允许的条件下, 尽量提高土舱压力。但由于地层中卵石含量太大, 碴土改良无法达到盾构所需的流塑性, 土舱压力又大, 从而导致盾构土舱内结泥饼、掘进速度缓慢、刀盘卡死等现象。当出现以上问题时, 盾构掘进超方严重, 危及地表及建 (构) 筑物安全。为了防止上述情况发生, 如何精确计算砂卵石地层盾构所需最小水土压力来指导盾构掘进显得尤为重要。

3 富水砂卵石地层盾构掘进水土压力计算

富水砂卵石地层由于地层中含细颗粒非常少, 地层中水的渗透系数大, 根据盾构实际情况, 土舱压力采用水土分算的计算方法。

3.1 盾构掘进情况

盾构掘进如图1所示, 盾构在砂卵石地层中掘进, 刀具开挖面前方为原状地层, 刀具开挖面后方为经过碴土改良后的具有一定流塑性的碴土, 盾构土舱压力由土舱隔板E处的压力传感器感应得出。当盾构掘进达到土压平衡时, E处的压力是E处上方的原状砂卵石地层、土舱内经过碴土改良后的碴土共同作用的地层自重应力的侧向力和水压力的总和。

3.2 土压力计算分析

根据盾构施工特点和经验, 采用浅埋隧道的朗肯理论计算砂卵石地层的主动土压力[2]和被动土压力。

主动土压力计算公式:

被动土压力计算公式:

式中[3]:σa———深度为E处的主动侧向土压力;

σp———深度为E处的被动侧向土压力;

σE———深度为E处的地层自重应力;

c———地层的粘聚力;

Ф———地层内摩擦角。

3.3 水压力计算分析

盾构掘进过程是实时动态平衡过程 (见图1) , 盾构开挖面前方为密实原状砂卵石地层, 开挖面后方为经改良后的碴土, 开挖面前方水由于水压力作用涌入正在改良中的碴土中参与碴土改良, 由于砂卵石地层水渗透系数为25 m/d (17 mm/min) , 此渗透系数涌入的水还不足以达到碴土所需的流动性, 因此实际盾构掘进过程中额外需要往刀盘前方和土舱内加水, 才能保证碴土改良所需水量。

盾构掘进过程中, 开挖面是以掘进速度向前推进的, 开挖面前方致密的原状砂卵石经刀盘搅动[4]和卵石间的碰撞变为开挖面后方较松散的改良碴土, 卵石由致密变得松散, 由于开挖后碴土体积增大、密度降低, 开挖面上的有压水突然释放为无压水, 进入开挖面上的改良碴土中, 开挖面前方的原状砂卵石有压水向开挖面后方碴土渗入参与改良, 所以开挖面前方依然是有压水, 开挖面后方是无压水。因此开挖面前方对开挖面后方的水压为0。如果砂卵石地层水涌入开挖面的水大于碴土改良所需水量, 此时要根据实际情况考虑地层水对土舱的压力。

综上所述, 原状地层水压不用考虑, 但开挖面后方经过改良后的碴土内的水压要按改良的碴土含水深度计算水压。此种水压计算未考虑刀盘外径开挖面和盾体周围水向土舱内的涌水。当然在盾构停机时, 由于开挖面没有向前推进[5], 开挖面的水不断涌入土舱内, 松散碴土带内水达到饱和, 并处于静止平衡状态, 地层水压全部作用在土舱内的碴土上, 此时盾构静止平衡水土压力中水压按含水层深度计算。

3.4 水土压力举例计算

当地层渗透水量小于盾构掘进碴土改良所需水量时, 举例说明盾构土压平衡掘进时水土压力计算, 设E处为土压传感器位置, 距离开挖面顶部距离为1 m;顶部开挖面至地表 (原状地层) 为砂卵石地层, 深度为10 m;开挖顶面至地层水位线深度为6 m;经改良的碴土浮重密度为2 000 kg/m3, 内摩擦角Ф=0°;原状地层土体浮重密度为2 200 kg/m3, 原状地层内摩擦角Ф=40°, 水的密度为1 000 kg/m3, 粘聚力c=0。

计算土压力为:

主动土压力:

被动土压力:

计算水压力为:

主动水土压力:

被动水土压力:

由计算可知, 如果不考虑其他因素, 当盾构掘进E处水土压力低于0.078 MPa时, 原状地层将向土舱内滑动, 造成地表沉降;当盾构掘进E处土压力高于1.04 MPa时, 原状地层将向地表滑动, 造成地表隆起。盾构工作压力一般设计不超过0.3 MPa, 因此砂卵石地层中盾构掘进只会导致地表沉降, 不会导致地表隆起。

4 盾构掘进水土压力控制

从以上水土压力计算可知, 盾构掘进过程中土舱压力值只要控制在计算的主动水土压力值和被动水土压力值之间, 盾构就是在土压平衡状态[6]下掘进, 开挖面前方的原状地层就会保持平衡状态, 既不会向土舱内滑动也不会向地表滑动。主动水土压力值是盾构土压平衡掘进保持的最小压力值。为了降低盾构土舱结泥饼、刀盘卡死等问题产生, 盾构施工者可以按主动水土压力来进行盾构掘进。当然, 由于盾构掘进中地层存在许多不可遇见的因素, 如地层内摩擦角变小、碴土改良材料泡沫存在一定气体致使土舱压力升高等, 导致盾构掘进实际平衡的水土压力小于盾构理论计算的水土压力。按照盾构施工经验, 实际盾构土压平衡掘进压力值的选取要在理论计算主动水土压力值的基础上再考虑0.02 MPa~0.03 MPa的压力作为预备压力, 这样才能确保盾构掘进一直处于土压平衡掘进模式, 避免掘进超方。

根据地勘提供的砂卵石地层参数和盾构掘进隧道埋深等情况, 分段计算出盾构土压平衡掘进土舱压力控制值并按值掘进保压, 可以有效控制地表沉降, 指导盾构土压平衡掘进。

5 结语

成都地铁富水砂卵石地层根据地质参数, 可以精确计算盾构掘进所需的主动水土压力, 有效指导盾构施工, 大大降低了盾构结泥饼和刀盘卡死的几率, 同时提高了盾构施工进度, 降低了盾构施工成本, 加快了地铁建设。此种水土压力计算方法适用于需要额外加水进行改良的砂卵石地层土压平衡盾构。

摘要：根据成都地区的地质条件和盾构施工特点, 阐述了富水砂卵石地层盾构掘进的水土压力计算方法, 并探讨了盾构掘进施工中水土压力的控制措施, 有效降低了盾构施工风险。

关键词：砂卵石,盾构掘进,水压力,土压力

参考文献

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[2]叶康慨, 王延民.土压平衡盾构施工土压力的确定[J].隧道建设, 2003, 23 (2) :47-51.

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[4]刘秀争, 王国义.成都地铁1号线盾构2标盾构机设备配置及施工风险浅析[A].2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集[C].上海:同济大学出版社, 2007:296-302.

[5]晏启祥, 耿萍, 何川.地铁砂卵石地层采用加泥式土压平衡盾构机的设备配置及顶推力计算[J].隧道建设, 2007, 27 (6) :19-21.