盾構(gòu)隧道施工方法及技術(shù)措施

1、盾構(gòu)隧道施工方法及技術(shù)措施§ 1端頭加固1.1 端頭加固概述盾構(gòu)進(jìn)出洞門外士體為軟弱含水的士層，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時，工作面將處于開放狀態(tài)，這種開放狀態(tài)將持續(xù)較長時間。若不提前加固處理，地下水、涌水等就會進(jìn)入工作井，就會導(dǎo)致軟弱地層不穩(wěn)定，嚴(yán)重情況下會引起洞門塌方。為確保施工安全及盾構(gòu)機(jī)順利始發(fā)及出洞，必須對洞門外士體進(jìn)行加固處理。本標(biāo)段盾構(gòu)始發(fā)及到達(dá)共有 4個端頭需要加固，具體加固方法見表 8-1-1表8-1-1盾構(gòu)進(jìn)出洞端頭加固方法一覽表區(qū)間端頭名稱地質(zhì)情況加固方法加固范圍備注1.1.1 加固的原則(1) 根據(jù)隧道埋深及盾構(gòu)隧道穿越地層情況，確定加固方法和范圍。(2) 在充分考慮洞門

2、破除時間和方法的基礎(chǔ)上，選擇合適的加固方法和范圍確保洞門破除和盾構(gòu)機(jī)進(jìn)、出洞的安全。1.1.2 加固要求根據(jù)始發(fā)及到達(dá)端頭地層性質(zhì)及地面條件，選擇加固方法，加固后的士體應(yīng)有良好的自立性，密封性、均質(zhì)性，采用攪拌樁加固的士體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa,8滲透系數(shù) k < 1 x 10- cm/sec。(2)滲透系數(shù) v 1.0 x 10-5cm/s o1.2 端頭的施工1.2.1 施工原理旋噴法施工是利用鉆機(jī)把帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至士層的預(yù)定位置后，用高 壓脈沖泵，將水泥漿液通過鉆桿下端的噴射裝置，向四周以高速水平噴入士體，借助流體的沖擊力切削士層，使噴流射程內(nèi)士體遭受破壞，與此

3、同時鉆桿一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐提升，使士體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?，膠結(jié)硬化后即在地基中 形成宜徑比較均勻，具有一定強(qiáng)度的樁體，從而使地層得到加固。1.2.2 機(jī)械設(shè)備旋噴法施工主要機(jī)具設(shè)備包括：高壓泵、泥漿泵、鉆機(jī)、漿液攪拌器、空壓機(jī)、旋噴管和高壓膠管等；輔助設(shè)備包括操縱控制系統(tǒng)、高壓管路系統(tǒng)、材料儲存系統(tǒng)以及各種管材、閥門、接頭安全設(shè)施等。漿液攪拌采用污水泵自循環(huán)式的攪拌罐，鉆機(jī) 采用XY-100型振動鉆 機(jī)，空壓機(jī)采用 SA-5150W 空壓機(jī)，參數(shù)為20mVmin。1.2.3 材料要求旋噴使用的水泥應(yīng)采用新鮮無結(jié)塊42.5R普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為1:1。稠度要適合，水泥摻

4、入M 250kg/m,粘士粉50kg/m ,為消除離析，加入0.9 %勺堿。漿液宜在旋噴前 lh以內(nèi)配制，使用時濾去0.5mm的顆粒，以免堵塞管路和噴嘴。1.3 端頭地層加固施工工藝1.3.1 三軸攪拌樁施工工序定位三軸攪拌機(jī)開行到指定樁位，對中。當(dāng)?shù)孛嫫鸱黄?，?yīng)注意調(diào)整機(jī)架的垂宜度；攪拌樁的樁位偏差不得大于50mm垂宜度不得大于1.5%。制備水泥漿在攪拌機(jī)定位的同時即開始按設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿，水泥漿的攪拌采用二次攪拌方式，灰漿拌和時間不少于 2mi n,保證拌和均勻，不發(fā)生沉淀，放置水泥漿的時間不超過2個小時，攪拌好的水泥漿須在一個小時內(nèi)用完。外滲劑可根據(jù)工程需要選用具有早強(qiáng)、緩凝

5、、減水、節(jié)省水泥等性能的材料，為增強(qiáng)流動性可摻入水泥重i0.20%? 0.25%的木質(zhì)磺酸鈣，1%勺硫酸鈉和2%勺石膏，但應(yīng)避免污染環(huán)境。預(yù)攪下沉檢查無誤后開動攪拌機(jī)，以正循環(huán)方式鉆進(jìn)，為避免攪拌過程中噴漿口的堵塞，邊噴射水泥漿邊攪拌下沉，下沉速度控制在0.8m/min。噴漿攪拌提升為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)第一次提鉆噴漿時應(yīng)在樁底部停留30秒，進(jìn)行磨樁端，然后以反循環(huán)方式提升，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進(jìn)行磨樁頭，停留時間為30s,提升速度要保持均勻，控制在 0.5m/min。重復(fù)上下攪拌為使軟士和水泥漿攪拌均勻，采用“兩攪兩噴”的工藝，即第一次攪拌提升后可移位再次將攪

6、即完成拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊沉入士中，至設(shè)計加固深度后再將攪拌機(jī)提升出地面, 一根三圓嵌套的加固體。開行攪拌機(jī)（履帶式機(jī)架可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向、變幅作業(yè)）到新的樁位，重復(fù)上述1? 5步驟，進(jìn)行下一根樁的施工，注意下一根樁與上一根樁要搭接250mm最終形成一個連續(xù)的加固體。三軸攪拌樁技術(shù)參數(shù)見表8-1-2。表8-1-2攪拌樁施工技術(shù)參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)水泥摻量13 ? 15%攪拌速度30 ? 50 r/min下沉速度< 0.8m/min漿液流量40 L/min提升速度< 0.5m/min水灰比0.751.3.2 雙重管旋噴樁施工工序測M定位根據(jù)樁位坐標(biāo)用全站儀定出中心，并將中心點引于冠梁擋士板頂，作為

7、鉆機(jī)定位依據(jù)。測M現(xiàn)場地面標(biāo)高，確定樁頂及樁底標(biāo)高。對樁位進(jìn)行編號，以利于施工管理和資料整理。鉆機(jī)就位噴射注漿施工的第一道工序就是將使用的鉆機(jī)安置在設(shè)計的孔位上（此之間應(yīng)做好場地平整），使鉆桿頭對準(zhǔn)孔位中心。同時為保證鉆孔達(dá)到設(shè)計要求的垂宜度，鉆機(jī)就位后，必須做水平糾正，使其鉆桿軸線垂宜對準(zhǔn)鉆孔中心位置。噴射注漿管的允 許傾斜度不得大于1.0 %鉆孔鉆孔的目的是為將噴射注漿管插入預(yù)定的地層中，采用工程地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆至設(shè)計標(biāo)高。鉆孔位置與設(shè)計位置偏差不得大于50mm旋噴機(jī)就位插管地質(zhì)鉆機(jī)成孔后移開原位，旋噴機(jī)就位對準(zhǔn)孔位插管，將噴射注漿管插入地層預(yù)定的深度，在插管的過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，

8、可邊射水、邊插管，水壓力一般 不超過0.8MPa,如壓力 過高，貝喝將孔壁射塌。 噴射注漿當(dāng)注射漿管插到預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射注漿，雙重管旋噴樁施工詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如表8-1-3。旋噴作業(yè)時，應(yīng)檢查注漿流M、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度以及水泥漿配比等。高壓漿液射流的壓力 20Mpa30Mp ,流M 80? 120L/min ;空氣壓力：0.7Mpa ? 0.8Mpa ,流M 1m? 2 渤分鐘；鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)速度：10? 20r/min ;鉆機(jī)提升速度：10? 20cm/min。當(dāng)漿液初凝時間超過 20h時，應(yīng)及時停止使用該水泥漿(正常水灰比1: 1,初凝時間為15h左右)。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷

9、， 拆卸鉆桿繼續(xù)旋噴時，其 搭接長度不小于200mm沖洗漿液換成施工完畢，應(yīng)把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。通常把 水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排出。移動機(jī)具 把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上，進(jìn)行下一孔位施工。表8-1-3雙重管高壓旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)水灰比1氣壓力0.7 ? 0.8 Mpa漿噴漿壓力10? 20Mpa提升速度10? 20cm/min旋轉(zhuǎn)速度10? 20r/min水泥摻量550kg/m3§2盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的選擇及操作控制2.1 掘進(jìn)機(jī)的特點和適用條件本標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間上部地面主要以分布低層建筑物，主干公路，高架橋組成，地面下 須穿小

10、型箱涵，無大型障礙物。根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料可知此區(qū)段穿越地層大部分為粉質(zhì)粘士，滲透性差，無高壓承壓水，因此區(qū)間選用的盾構(gòu)機(jī)為士壓平衡盾構(gòu)機(jī)。2.1.1 士壓平衡模式士壓平衡模式是在機(jī)械挖掘式盾構(gòu)前段設(shè)置隔壁形成密封士艙切削下來的士體以泥水狀態(tài)進(jìn)入密封士艙和螺旋輸送機(jī)，同時砧士需具有塑流性且要充滿密封艙。隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)密封士艙內(nèi)的硝士上產(chǎn)生壓力，此壓力與開挖面的水，士壓平衡，保證該面的穩(wěn)定。此外砧士具有流塑性，可順利往外排除。外加劑一般采用膨潤士或泡沫齊心該掘進(jìn)模式適用于具有流塑性，含砂M較低的軟弱粘性士。2.2 各掘進(jìn)模式的主要掘進(jìn)參數(shù)及技術(shù)措施2.2.1 技術(shù)措施(1) 士壓平衡模式掘

11、進(jìn)的技術(shù)措施： 采用以齒刀、刮刀為主切削士層，以低轉(zhuǎn)速、大扭矩推進(jìn)。 士倉內(nèi)士壓力值 P應(yīng)略大于靜水壓力和地層士壓力之和P0,IP P=K? P0 (K介于1.0? 1,3 ),并在掘進(jìn)中不斷調(diào)整優(yōu)化。士倉壓力通過采取設(shè)定掘進(jìn)速度、調(diào)整排士M或設(shè)定排士M、調(diào)整掘進(jìn)速度兩種方法建立，并應(yīng)維持切削士M與排士M的平衡，以使士倉內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度主要通過調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)力、轉(zhuǎn)速(扭矩)來控制，排士M則主 要通過調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。在實際掘進(jìn)施工中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、排出的硝士狀態(tài)，以及盾構(gòu)機(jī)的各項工作狀態(tài)參數(shù)等動態(tài)地調(diào)整優(yōu)化，此模式掘進(jìn)時應(yīng)采取 硝士改良措施增加硝士的流動性和止水性。

12、2.3硝士改良和管理在粘性大及復(fù)雜地層的盾構(gòu)施工中，根據(jù)圍巖條件適當(dāng)注入添加劑，確保硝士的流動性和止水性，同時要慎重進(jìn)行士倉壓力和排士M進(jìn)行管理。2.3.1 硝士改良的目的(1) 使硝士具有良好的士壓平衡效果，利于穩(wěn)定開挖面，控制地表沉降；(2) 提高硝士的不透水性，使硝士具有較好的止水性，從而控制地下水流失；(3) 提高硝士的流動性，利于螺旋輸送機(jī)排士 ；(4) 防止開挖的硝士粘結(jié)刀盤而產(chǎn)生泥餅；(5) 防止螺旋輸送機(jī)排士時出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象；(6) 降低刀盤扭矩和螺旋輸送機(jī)的扭矩，同時減少對刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損，從而提高盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效率。2.3.2 改良的方法與添加劑硝士改良就是通過盾構(gòu)機(jī)配置

13、的專用裝置向刀盤面、士倉內(nèi)或螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入 泡沫或膨潤士，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、士倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與士硝混合，其主要目的就是要使盾構(gòu)切削下來的硝士具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，以滿足在不同地質(zhì)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)可達(dá)到理想的工作狀況。2.3.3 硝士改良的主要技術(shù)措施根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和盾構(gòu)施工的經(jīng)驗，采取如下主要技術(shù)措施：(1) 在富水?dāng)鄬訋Ш推渌貙硬捎檬繅浩胶饽Ｊ骄蜻M(jìn)時，擬向刀盤面、士倉內(nèi)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫，并增加對螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入的泡沫M,以利于螺旋輸送機(jī)形成士塞效應(yīng)，防止噴涌。(2) 在砂性士地層中掘進(jìn)時，擬采取向刀盤面和士倉內(nèi)

14、注入泡沫來改良硝士。泡沫注入M根據(jù)具體情況確定。(3) 在塊狀結(jié)構(gòu)，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)的泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖中掘進(jìn)時，由于掘進(jìn)對地層的擾動，不易形成連續(xù)的士壓，為此采取向刀盤面、士倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫和濃度 高的膨潤士泥漿來改良硝士，維持士倉內(nèi)士壓平衡。2.3.4 防泥餅措施當(dāng)盾構(gòu)機(jī)全斷面通過英安斑巖殘積硬塑狀粉質(zhì)粘士和硬塑殘積粉質(zhì)粘士地層時，刀盤中心區(qū)和士倉中心區(qū)容易形成“泥餅”，產(chǎn)生堵倉現(xiàn)象，造成刀盤轉(zhuǎn)動負(fù)荷加大，排士不暢,甚至停止轉(zhuǎn)動，同時造成士倉內(nèi)溫度升高，影響主軸承密封的專命，嚴(yán)重時會造成主軸承密封老化破壞，“泥餅”現(xiàn)象往往會堵塞滾刀，使?jié)L刀發(fā)生偏磨。如果地下水較豐富，螺旋機(jī)由于排士不暢而無法形成士塞，排士口會產(chǎn)生噴涌，開挖面 就會失穩(wěn)，發(fā)生地層坍塌。2.3.5 盾構(gòu)機(jī)在粘性巖中掘進(jìn)的措施：(1) 加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)時的地質(zhì)預(yù)測和泥士管理，特別是在粘性士和泥質(zhì)硅膠巖石 中掘進(jìn)時，更加密切注意開挖面的地質(zhì)情況和刀盤的工作狀態(tài)。(2) 在這種地層掘進(jìn)時，增加刀盤前部中心部位泡沫注入M和選擇比較大的泡沫加入比例，減少硝士的粘附性，降低“泥餅”產(chǎn)生的幾率。(3) 一旦產(chǎn)生泥餅，及時采取對策，必要時采用人工處理的方式清除泥餅。(4) 必要時，螺旋輸送機(jī)內(nèi)也要加入泡沫，以增加硝士的流動性，利于砧士排出。(5) 出現(xiàn)長時間停