富水砂卵石地層盾構(gòu)近接敏感性建筑物擾動(dòng)控制精細(xì)化-施工工法

PAGEPAGE4591前言題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響盾構(gòu)隧道施工和正常的城市生產(chǎn)活動(dòng)。本工法依托萬(wàn)家麗路220KV對(duì)控制地表沉降有顯著的效果。改善盾構(gòu)機(jī)在富水?dāng)_動(dòng)敏感性地層的盾構(gòu)施工擾動(dòng)控制問(wèn)題，解決粉質(zhì)砂土、砂質(zhì)粉土、富水砂卵石及強(qiáng)風(fēng)化巖等地層中盾構(gòu)施工擾動(dòng)的工程問(wèn)題。3實(shí)用新型專利授權(quán)4項(xiàng)，為今后類似工程施工提供有益參考。2工法特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了富水砂卵石地層分級(jí)分步注漿方法及工藝，有效控制砂卵石地層沉降。次注漿。一般情況下二次注漿以壓力控制為標(biāo)準(zhǔn)，采用水泥-變形調(diào)控目標(biāo)，確保施工質(zhì)量與安全。適用范圍開(kāi)挖的市政給排水、電力、電訊、石油、天然氣等管線的鋪設(shè)等。工藝原理節(jié)的有效管控跟進(jìn)?？?jié)B保水注漿體。卵石地層的強(qiáng)擾動(dòng)難題，提出了的富水砂卵石地層盾構(gòu)施工參數(shù)精細(xì)化控制方法。故本工藝工法原理可概括為：全過(guò)程-兩核心-雙關(guān)鍵。5工藝流程及操作要點(diǎn)掘削面與盾構(gòu)面處于平衡狀態(tài)。面與盾體外之間的盾體間隙。倉(cāng)艙板土壓力之間的壓力差，實(shí)現(xiàn)真正土壓平衡控制。施工工藝流程本工法工藝流程如下：工程關(guān)鍵性條件調(diào)研分析→工程控制重難點(diǎn)論證→確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)參數(shù)→富水砂卵石地層適應(yīng)性注漿體計(jì)算確定→衡盾泥封堵結(jié)構(gòu)施工→盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工→適應(yīng)性注漿體同步注漿→盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)停止→適應(yīng)性注漿體同步注漿停止→安裝管片→工后盾尾二次注漿。采用精細(xì)化控制方法的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖具體以一環(huán)管片寬度L挖過(guò)程進(jìn)一步說(shuō)明施工方法如下：（構(gòu)水文條件，建構(gòu)筑物基礎(chǔ)形式、管線類型等進(jìn)行調(diào)分析。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至距離管片50m20m時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率加強(qiáng)至一天兩次。確定盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行時(shí)參數(shù)是否與預(yù)設(shè)參數(shù)相符合，開(kāi)挖前確認(rèn)衡盾泥材料的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。將按比例配制的衡盾泥管送至盾構(gòu)機(jī)注漿設(shè)備-衡盾泥罐，將按比例配制的水泥漿輸送至注漿設(shè)備-水泥漿罐；入提供封水環(huán)作用；并逐漸形成水泥標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)環(huán)；最終在管片環(huán)外形成衡盾泥和水泥漿組成的復(fù)合塑性注漿雙環(huán)結(jié)構(gòu)。同步注漿完成后，縮回管片拼裝位置的盾構(gòu)千斤頂，采用錯(cuò)縫拼裝的方式安裝管片。拼裝一環(huán)管片后，利用全部的盾構(gòu)千斤頂均勻壓緊新拼裝的管片，充分?jǐn)Q緊接頭螺栓。結(jié)束注漿，視注漿效果可再次進(jìn)行補(bǔ)注漿。施工流程如下圖所示。

圖5.1-1盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖一環(huán)施工順序圖富水砂卵石地層適應(yīng)性注漿體計(jì)算配合比確定衡盾泥配合比確定確定具體工程中盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性的衡盾泥材料混合比例。組份和B（料B（B料350~600dpa.s，增粘后漿體載荷能力不低于1.5kg/cm2，失水率39.4%~47%（恒溫30°），附著力1~7級(jí)（恒溫40°）。具體使用方法為：先將A料與水按一定比例混合拌和均勻形成A混合料，將B料與水按一定比例稀釋拌和均勻形成BA混合料與B衡盾泥。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在24泥拌和完成的30分鐘內(nèi)，其狀態(tài)基本確定。A液與B施工允許時(shí)間范圍內(nèi)由誤工擱置造成的拌合物固化問(wèn)題。由于ABA料與水配合比建議取1:1.5-1:2.5，不建議取1:1。而1:3只有在B液為原液條件下具備一定使用性，其余配比下均較稀，粘度較低，流動(dòng)性較大，不利于衡盾泥在盾構(gòu)與地層間的有效充填。料完全可以先與水稀釋后再與A液1:0.5-1:1.51:1A料與水配合比取1:1.5液配合比最大可取20:1；A料與水配合比取1:2.0時(shí)，A液：B液配合比最大可取17.5:1；A料與水配合比取1:2.5時(shí)，A液：B液配合比最大可取12.5:1.故本工法所用衡盾泥攪拌均勻后可直接使用，推薦比例為：A料與水比例為1：1.5，B料與水比例為1:0.75，A混合料與B混合液比例為17.5:1，對(duì)應(yīng)比重為1.255。水泥漿配合比確定水泥漿由水泥，粉煤灰，膨潤(rùn)土，砂，水配合而成。采用的水泥為P.O.42.5普通硅酸鹽表5.2-1同步注漿每m3漿液材料配比和性能指標(biāo)表注漿材料水泥（kg）粉煤灰（kg）膨潤(rùn)土kg）砂（kg）水（kg）外加劑材料用量12537040575370根據(jù)試驗(yàn)加入注漿后其膠凝時(shí)間一般為3～6h現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)整配比或者加入添加劑的方法，進(jìn)一步縮短膠凝時(shí)間。二次注漿配合比確定施工期，對(duì)地表沉降連續(xù)監(jiān)測(cè)，在管片脫出盾尾后1天地表沉降如若超出預(yù)警值，可通過(guò)二次注漿對(duì)其進(jìn)行控制。二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿雙液漿的初步配比見(jiàn)下表：表5.2-2雙液漿漿液配比表漿液名稱水玻璃水灰比穩(wěn)定劑減水劑A、B液混合體積比雙液漿35Be0.8～1.02%～6%0～1.5%1：1～1:0.3補(bǔ)強(qiáng)注漿一般情況下以壓力控制，注漿壓力控制在0.2MPa～0.4MPa，實(shí)際壓力根據(jù)計(jì)40～60要將注漿量加大，并且采用早強(qiáng)注漿材料進(jìn)行注漿，以降低洞口地面發(fā)生沉降。同步注漿量計(jì)算的盾體間隙，水泥漿主要填充盾殼與管片環(huán)之間的管片間隙，如下圖所示：圖5.2-1衡盾泥注入位置及填充示意圖5.2.1-15.2.1-2和式5.2.1-3計(jì)算。管片間隙由式5.2.1-4計(jì)算。式中：1（D2-1 42（D2-2 43（D2-3 4（R2-C2)

（5.2.1-1）（5.2.1-2）（5.2.1-3）（5.2.1-4）W L4注：D—盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑，單位：米；R—管片間隙，單位：米；R1—盾構(gòu)機(jī)前盾直徑，單位：米；R2—盾構(gòu)機(jī)中盾直徑，單位：米；R3—盾構(gòu)機(jī)后盾直徑，單位：米；LL1—盾構(gòu)機(jī)前盾長(zhǎng)度，單位：米；L2—盾構(gòu)機(jī)中盾長(zhǎng)度，單位：米；L3—盾構(gòu)機(jī)后盾長(zhǎng)度，單位：米；C—管片環(huán)外直徑，單位：米。富水砂卵石地層適應(yīng)性注漿工藝流程盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入富水砂卵石地層前工藝流程機(jī)狀態(tài)下，通過(guò)盾體徑向孔環(huán)向各孔向盾體全長(zhǎng)范圍內(nèi)的開(kāi)挖間隙分次分級(jí)壓力注射衡盾泥：1）先按如下公式5計(jì)算的注射量V1的50%在0.4Mpa壓力之下，注入盾體全長(zhǎng)間隙；V

D2R2)LD2R2)

D2R2)L1 4 1 1 2 2 3 注：

（5.2.1-5）V1—盾體間距1；V2—管殼間隙2；D—盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑，單位：米；R1—盾構(gòu)機(jī)前盾直徑，單位：米；R2—盾構(gòu)機(jī)中盾直徑，單位：米；R3L—管片寬度，單位：米；L1—盾構(gòu)機(jī)前盾體長(zhǎng)度，單位：米；L2—盾構(gòu)機(jī)中盾體長(zhǎng)度，單位：米；L3—盾構(gòu)機(jī)后盾體長(zhǎng)度，單位：米；2）在關(guān)閉衡盾泥管道情況下，向盾體外注入0.3Mpa壓力空氣10~15按注射量V1的50%在0.3~0.4Mpa壓力之下，補(bǔ)充衡盾泥注入盾體全長(zhǎng)間隙；在關(guān)閉衡盾泥管道情況下，向盾體外注入0.2Mpa壓力空氣15~20分鐘；按注射量V1的30%~60%在0.2~0.3Mpa壓力之下，加強(qiáng)注入衡盾泥在盾體全長(zhǎng)間隙現(xiàn)水泥漿有效注射的效果。衡盾泥富水砂卵石地層段內(nèi)施工流程（如下圖稱重A應(yīng)30分鐘-24小時(shí)后B組份→加入A區(qū)域。設(shè)備準(zhǔn)備設(shè)備準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)加入B組份充分?jǐn)嚢杈鶆虺浞謹(jǐn)嚢璺磻?yīng)加入B組份充分?jǐn)嚢杈鶆虼蜷_(kāi)徑向孔泵送至盾體外盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)入下一環(huán)施工盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)入下一環(huán)施工

圖5.2-2衡盾泥攪拌施工工藝流程圖拌制A組份加入適量水間隙，最終衡盾泥與水泥漿形成復(fù)合注漿環(huán)體。拌制A組份加入適量水2個(gè)徑向孔。衡盾泥注入壓力為0.2Mpa~0.4Mpa；水泥漿注入壓力根據(jù)0.5～1.5bar，且不應(yīng)大于3.0bar，避免注漿壓力過(guò)高擊穿盾尾密封或造成管片位移。在衡盾泥的注入過(guò)程富水砂卵石地層開(kāi)挖施工參數(shù)精細(xì)化控制土倉(cāng)壓力設(shè)定：經(jīng)典土壓力理論盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的土壓平衡是靠土倉(cāng)內(nèi)的渣土壓力抗衡工作面上的土體壓力和水壓中推薦的計(jì)算圍巖豎直分布松動(dòng)壓力q的計(jì)算公式5.2.3-1：q=0.45×26-Sγω （5.2.3-1）注：γ—S—圍巖類別，如Ⅲ類圍巖，則S=3ω—寬度影響系數(shù)，且ω=1+i（B-5）。B—隧道凈寬度，單位以計(jì)。I—以B=5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。當(dāng)B<5m時(shí)，取i=0.2，B>5m，取i=0.1。地層在產(chǎn)生豎向壓力的同時(shí)也產(chǎn)生側(cè)向壓力側(cè)向水平松動(dòng)壓力σa由經(jīng)驗(yàn)公式可得σa=Ea×σz （5.2.3-2）Ea計(jì)算公式見(jiàn)下表：表5.2-3Ea計(jì)算公式表圍巖分類Ⅵ～ⅤⅣⅢⅡⅠ水平松動(dòng)壓力σa0（0～1/6）q（1/6～1/3）q（1/3～1/2）q（1/2～1）q土壓力計(jì)算為：Q=q+σa=0.45×26-Sγω+(1/3～1/2)q （5.2.3-3）經(jīng)典土壓力修正：1.6bar至1.7bar可以適當(dāng)提高推進(jìn)速度與螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速30-40mm/min推進(jìn)速度進(jìn)行控制。推進(jìn)速度基本恒定對(duì)應(yīng)調(diào)整螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)土倉(cāng)密封艙板土壓力值大于aPp輸送機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)土倉(cāng)密封艙板土壓力值小于aPa旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)延遲10~15秒觀察土倉(cāng)密封艙板土壓力值變化情況，以消除時(shí)滯現(xiàn)象。推進(jìn)速度與注漿速度0.2Mpa~0.4Mpa；水泥漿注入壓力根據(jù)0.5～1.5bar，且不應(yīng)大于3.0bar，避免注漿壓力過(guò)高擊穿盾尾密封或造成管片位移。盾構(gòu)總推力與刀盤扭矩設(shè)定盾構(gòu)總推力盾構(gòu)的推力主要由以下五部分組成：FF1F2F3F4F5式中：F1—盾構(gòu)外殼與土體之間的摩擦力；F2—刀盤上的水平推力引起的推力;F3—切土所需要的推力；F4—盾尾與管片之間的摩阻力;F5—后方臺(tái)車的阻力。G式中：為土與鋼之間的摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.3=4DPd2dhD2C為土的粘結(jié)力，C=4.5t/m2

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D2C）F4Wcc式中：WC、μC為兩環(huán)管片的重量（計(jì)算時(shí)假定有兩環(huán)管片的重量作用在盾尾內(nèi)當(dāng)管片容重為2.5t/m3，管片寬度按1.2m計(jì)時(shí)，每環(huán)管片的重量為9.0t）兩環(huán)管片的重量為18t考慮。μC=0.3。F5GhsingGhcos式中：Gh為盾尾臺(tái)車的重量，θ為坡度，μg為滾動(dòng)摩阻，根據(jù)計(jì)算，盾構(gòu)總推力約為470t，故將盾構(gòu)掘進(jìn)推力設(shè)置在400～500t之間較為合理。刀盤（扭矩）設(shè)定質(zhì)粉砂巖、粉質(zhì)粘土層等施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)刀盤控制參數(shù)見(jiàn)下表。表5.2-4地層刀盤參數(shù)控制表序號(hào)地層類別刀盤轉(zhuǎn)速刀盤扭矩工作壓力刀盤貫入度1卵石、圓礫1.0～1.2rpm≯600kN·m≯100bar≯30mm/r2礫巖1.2～1.5rpm≯800kN·m≯140bar≯20mm/r3粉質(zhì)粘土1.2～1.5rpm≯800kN·m≯140bar≯20mm/r出土量土量控制在理論出值的（不超過(guò)抵消一部分土體的后期沉降量，從而使沉降量控制在最小范圍內(nèi)。渣土改良1:93%的泡沫添加劑與97%600L/m3。并利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉(cāng)攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土減少刀盤，螺旋機(jī)等設(shè)備的磨損，進(jìn)而確保施工安全，提高掘進(jìn)效率。5.3勞動(dòng)力組織采用本工法施工主要分成3保施工安全。表5.3-1掘進(jìn)班勞動(dòng)組織表崗位人數(shù)備注盾構(gòu)司機(jī)3協(xié)調(diào)洞內(nèi)生產(chǎn)管片吊機(jī)司機(jī)2管片拼裝6注漿手2協(xié)助材料搬運(yùn)接軌工8接水管，走臺(tái)板看土工2抽水電工2接照明線，日常維修，放高壓線修理工2合計(jì)27表5.3-2輔助班勞動(dòng)組織表崗位人數(shù)備注龍門吊司機(jī)3起重工4井下掛繩，抽水電瓶車司機(jī)4軌道工3軌道檢查，維護(hù)，隧道清理管片工4充電工2道岔工2攪拌站工人6合計(jì)28表5.3-3維修保養(yǎng)班勞動(dòng)組織表分工人數(shù)備注電焊工2輔助維修機(jī)修工2外線電工2車站施工，洞外所有配線，盾構(gòu)機(jī)高壓線內(nèi)線電工2盾構(gòu)施工所有機(jī)械設(shè)備盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)工2合計(jì)10

6材料與設(shè)備本工法主要材料用表如表6.1-1所示：表6.1-1主要材料表序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1衡盾泥t32水泥t43粉煤灰kg5004膨潤(rùn)土kg5005砂kg10006水玻璃kg400主要施工機(jī)械設(shè)備本工法主要材料用表如表6.2-1所示：表6.2-1機(jī)械設(shè)備表序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1盾構(gòu)機(jī)43501性能良好2龍門吊25t1性能良好3電瓶車25t2性能良好4渣車9方6性能良好5砂漿車3m32性能良好6管片平板車4性能良好7充電設(shè)備1性能良好8注漿機(jī)1性能良好9高速剪切攪拌機(jī)2性能良好10電瓶車25t2性能良好11注漿管若干性能良好

質(zhì)量控制《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2008）《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》（JGJ123-2012）（GB50446-2017）（GB50208-2011）《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50299-2018）《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T202-2013）《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）《建筑與橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50982-2014）易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題土倉(cāng)壓力過(guò)高、驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)故障、地表塌陷、開(kāi)挖面失穩(wěn)、施工過(guò)程中材料質(zhì)量問(wèn)題保證措施嚴(yán)格按照施工方案實(shí)施，并嚴(yán)格用于正式掘進(jìn)進(jìn)行參數(shù)控制。加強(qiáng)施工人員培訓(xùn)，提高相關(guān)人員的操作水平。確，位置精度滿足規(guī)范要求。嚴(yán)格控制衡盾泥材料及漿液配比，總結(jié)施工參數(shù)。制訂詳細(xì)的衡盾泥施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、檢查、記錄、分析，及時(shí)做出P（注漿壓力）-Q（注漿量）-t（時(shí)間）曲線，分析注漿速度行詳細(xì)的漿材配比試驗(yàn)，選定合適的注漿材。成立專業(yè)衡盾泥施工作業(yè)組，由富有經(jīng)驗(yàn)的注漿工程師負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)和管理工作。數(shù)設(shè)計(jì)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)解決。漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進(jìn)行。在地下水滲漏區(qū)段，在必要時(shí)通過(guò)吊裝孔對(duì)管片背后進(jìn)行補(bǔ)充注漿。8安全措施參照?qǐng)?zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》JGJ59-2011《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程》JGJ33-2012《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》JGJ46-2005《施工企業(yè)安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T77-2010《建筑施工安全技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范》GB50870-2013《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》(建質(zhì)[2018]31號(hào))安全保證措施注漿人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，并熟練掌握有關(guān)作業(yè)規(guī)程；嚴(yán)禁在不停泵的情況下進(jìn)行任何修理；注漿泵由專人負(fù)責(zé)操作，未經(jīng)同意其他人不得操作；注漿人員在拆管路、操作注漿泵時(shí)應(yīng)戴防護(hù)眼鏡，以防漿液濺入眼睛；易燃易爆物品要單獨(dú)設(shè)庫(kù)保管，要有可靠的安全措施；和操作規(guī)程，有安全接地。

環(huán)保措施本工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境保護(hù)執(zhí)行以下規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》JGJ146-2013《建筑工程綠色施工規(guī)范》GBT50905-2014《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GBT50640-2010《建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》JGJ146-2013《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-20069環(huán)保管理的主要措施施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的材料嚴(yán)格按施工平面圖上規(guī)定的位置堆放整齊，并設(shè)材料標(biāo)識(shí)牌。保持機(jī)械及隧道內(nèi)整潔，工作結(jié)束后必須對(duì)設(shè)備清洗保養(yǎng)，