盾構(gòu)機穿越地層土壓控制模式研究

盾構(gòu)機穿越地層土壓控制模式研究

1承壓水砂層b秦淮河段最大厚度為5.5m。頂部主要由粘土粘土組成，底部主要由粘土和粘土組成。粘性土中為孔隙水,砂層中為承壓水。盾構(gòu)機穿越秦淮河段位于平曲線R=400m的小半徑右轉(zhuǎn)曲線上,豎曲線坡度為29‰上坡,里程在左線K11+807.216～K11+891.858,右線K11+804.607～K11+899.540,長約80m(見圖1)。盾構(gòu)過河段主要穿越地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,部分為粉土、砂土。2隧道鋼筋混凝土管片簡介最小覆土厚度計算:P≥k(P浮-P自重)(1)式中:P為隧道上方水土壓力,P浮為隧道所承受的浮力,P自重為單位長度隧道重量,k為安全系數(shù),取1.2。引用公式:式中:P為水的容重;P浮為上覆土層容重;φ為土的內(nèi)摩擦角;φ=12.3°;粘聚力c=8.9kPa;飽和重度γsat=17.7kN/m3;,河水深度h1=2.0m;混凝土重度γ鋼筋混凝土=20kN/m3,隧道鋼筋混凝土管片外徑R1=3.1m,內(nèi)徑R2=2.75m。根據(jù)最小覆土厚度計算公式,可以計算出最小覆土厚度:h2≥k[πR12γw?π(R12?R22)γ鋼筋混凝土]2ctan2(45°+φ/2)?γwh1γwtan2(45°+φ/2)h2≥k[πR12γw-π(R12-R22)γ鋼筋混凝土]2ctan2(45°+φ/2)-γwh1γwtan2(45°+φ/2)計算得最小覆土厚度h2為4.306m。顯然,本處覆土厚度為5.5m,足以平衡隧道所受浮力。3挖掘準(zhǔn)備參數(shù)3.1土倉壓力10.20.26mpa根據(jù)靜止土壓力的變化應(yīng)及時進行調(diào)整,使土倉壓力始終保持在靜止土壓力與被動土壓力之間,即0.2～0.26MPa,避免超挖或欠挖。采用以下兩種方法來控制土倉壓力。11通過螺旋臂控制單元排土量通過土壓傳感器檢測,來改變螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速控制排土量,以維持開挖面土壓穩(wěn)定的控制模式。此時人工事先給定盾構(gòu)的推進速度。2土壓穩(wěn)定控制模式2.通過土壓傳感器檢測來控制盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M速度,以維持開挖面土壓穩(wěn)定的控制模式。此時螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速人工事先給定。掘進過程中根據(jù)需要可以不斷轉(zhuǎn)化控制模式,以保證開挖面的穩(wěn)定。3.2挖掘速度盾構(gòu)進入河底后保持平穩(wěn)掘進,掘進速度保持在3.0～5.0cm/min。減少糾偏,減少對土體的擾動,保持土體密實。3.3總動力根據(jù)計算,總推力控制在8000kN左右。3.4掘進量控制排土量計算公式:V=ηπr2L(3)式中:V為每環(huán)的體積,L=1.2m;η為土體松散系數(shù),取1.1;r為開挖半徑3.17m。把數(shù)值代入式(3)得V≈42m3。排土量控制是盾構(gòu)在土壓平衡工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)對碴土的觀察和監(jiān)測數(shù)據(jù),及時調(diào)整掘進參數(shù),不能出現(xiàn)出碴量與理論值出入較大的情況。一旦出現(xiàn),立即分析原因并采取措施。碴土的出土量必須與掘進的挖掘量相匹配,以獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值,使掘進機的工作處于最佳狀態(tài)。當(dāng)通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機轉(zhuǎn)速仍達不到理想出土狀態(tài)時,可以通過改良碴土的可塑狀態(tài)來調(diào)整。3.5硬盤速度和扭矩的選擇刀盤扭矩為1200～1500kN·m,轉(zhuǎn)速設(shè)為0.8r/min。3.6主漿壓力和主漿量1注漿壓力過大造成的變形注漿壓力略大于該地層位置的靜止水土壓力,同時避免漿液進入盾構(gòu)機土倉中。在實際掘進中不斷優(yōu)化,如果注漿壓力過大,會導(dǎo)致隆起和管片變形,還易漏漿。一般而言,注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水土壓力,最大不超過0.35MPa。在最初壓力設(shè)定時,下部每孔壓力比上部每孔壓力略大0.05～0.1MPa。這樣各點的注漿壓力將不同,會保持一定的壓差,以達到最佳效果。2環(huán)片注漿量計算根據(jù)刀盤開挖直徑和管片外徑,可以按下式計算一環(huán)管片的注漿量。V=[π4(D2?d2)L]ηV=[π4(D2-d2)L]η(4)式中:V為一環(huán)注漿量理論體積(m3),D為開挖直徑,d為管片外徑,L為環(huán)寬,取1.2m,η為擴散系數(shù),取1.5～2.0。代入相關(guān)數(shù)據(jù),可得:V=2.47～3.30m3/環(huán)。根據(jù)經(jīng)驗,注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.5～2倍,則每環(huán)(1.2m)注漿量Q=4.95～6.6m3。進入河床底部后,為防止隧道上浮,注漿量根據(jù)隧道覆土厚度的變化及時調(diào)整。3.7組件態(tài)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)1)軸線允許偏差:①水平偏差15～20mm;②垂直偏差-15～-20mm。俯仰角<3mm/m;水平偏角<3mm/m。3.8監(jiān)測點變形注意對盾構(gòu)機前后方監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析。盾構(gòu)前方監(jiān)測點變形控制在-5～5mm,盾尾監(jiān)測點變形控制在-20～10mm,測量人員在河面上放出隧道監(jiān)測點,以明確過河的確切位置。在河岸兩側(cè)設(shè)沉降觀測點,并設(shè)專人24h密切觀測河沿邊檢測點的沉降變化及河面情況。4技術(shù)措施4.1現(xiàn)場施工現(xiàn)場管理盾構(gòu)機過河時,項目部成立過河應(yīng)急小組,進行信息化管理,保證各個部門掌握第一手現(xiàn)場情況,并針對現(xiàn)場情況,對施工現(xiàn)場進行指導(dǎo)及物資調(diào)配。4.2注漿管的管片安裝1)由于秦淮河的地質(zhì)不良,為避免擾動土層,合理優(yōu)化掘進參數(shù)。2)在河底時發(fā)生噴涌,采取提高掘進速度和快速掘進,速度控制在50～60mm/min。河底掘進時因地下水與河水有一定的水力聯(lián)系,造成螺旋輸送機出土困難,采取先暫時關(guān)閉出土裝置,然后繼續(xù)向前推進。密切關(guān)注土倉、螺旋輸送機壓力,當(dāng)壓力降到正常值時,噴涌隨即消失。3)在盾尾有漏水、砂情況,采取流動性好、止水、止砂的油脂,這樣能在最短時間填充到盾尾空隙大的地方并起到密封作用。4)嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量,使其錯臺減小。為防止管片滲漏水,在管片側(cè)面粘貼海綿條。5)盾尾注漿管容易堵管,調(diào)整漿液的配合比并每環(huán)清洗。加強設(shè)備的維修保養(yǎng)工作,每日定時對設(shè)備進行檢查工作。4.3推進結(jié)構(gòu)試驗和應(yīng)急控制1引起地層的過度水若過量出土即超挖,必然會引起大的地面沉降。反之,會引起地層的過量隆起。施工中,主要通過調(diào)節(jié)盾構(gòu)前方土倉壓力,使倉壓微大于該處地層土壓力,根據(jù)盾構(gòu)推進速度計算螺旋出土機的轉(zhuǎn)速和出土量,避免超欠挖。2加泥系統(tǒng)的設(shè)計本次施工采用的是土壓平衡盾構(gòu)機,因該處的覆土非常薄,施工中,通過盾構(gòu)機的加泥系統(tǒng),在工作面前方壓注適量膨潤土漿液,以減小刀盤切削阻力和盾構(gòu)與周圍地層的摩擦阻力,從而減小盾構(gòu)施工對周圍地層的擾動。32同步注漿技術(shù)的應(yīng)用通過盾構(gòu)的注漿系統(tǒng),在