影响盾构正面稳定的因素
盾构正面稳定的效果将直接影响地层变形,平衡压力过大、过小,出土量过多、过少,平衡压力大小波动过多等情况将导致正面稳定不佳的现象产生。
密闭式盾构掘进控制内容构成
盾构施工时应有有效措施控制开挖面变形、盾构姿态、盾尾处的变形及衬砌质量。控制开挖面变形的主要措施是出土量。因为有时直接准确地控制出土量较为困难,土压平衡盾构施工时还要控制土仓压力,泥水平衡盾构还要控制泥水压力。盾构出现姿态偏差后,纠偏也会引起地层变形,因此,要对盾构的姿态和位置进行控制。盾构盾尾脱出后,应及时采用浆液填充,注浆时应控制注浆量和注浆压力。另外,衬砌质量也是隧道施工时应控制的主要指标。施工前必须根据地质条件、隧道条件、环境条件、设计要求等,在试验的基础上,确定具体控制内容与参数;施工中根据包括量测监控的各项数据调整控制参数,才能确保实现施工安全、施工质量、施工工期与施工成本预期目标。具体见下表。
控制要素 | 内容 | ||
开挖 | 泥水平衡式 | 开挖面稳定 | 泥水压、泥浆性能 |
排土量 | 排土量 | ||
土压平衡式 | 开挖面稳定 | 土压、塑流化改良 | |
排土量 | 排土量 | ||
盾构参数 | 总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力等 | ||
线形 | 盾构姿态、位置 | 俯仰角、方位角、滚转角 | |
铰接角度、超挖量、蛇行量 | |||
注浆 | 注浆状况 | 注浆量(注浆填充率)、注浆压力 | |
注浆材料 | 稠度、固化收缩率、凝结时间、凝结后强度、配比 | ||
一次衬砌 | 管片拼装 | 椭圆度、错台、螺栓紧固扭矩 | |
防水 | 漏水、密封条压缩量不足、裂缝 | ||
隧道中心位置 | 轴线平面位置偏差、轴线高程偏差 |
盾构进出洞定义
盾构进出洞是盾构法施工的重要环节之一,在始发井内,盾构按设计高程及坡度从预留洞口推出,进入正常土层的过程定义为盾构出洞。反之,盾构从正常土层中进入接收井预留洞口并完全脱离预留洞口的过程定义为盾构进洞。
盾构进出洞控制要点
地铁盾构施工中,进出洞口外侧的土体一般要进行改良,使土体的抗剪、抗压强度提高,透水性降低,自身具有保持短期稳定的能力。改良土体方法可选用注浆、搅拌桩、旋喷桩、玻璃纤维桩、SMW桩、冻结法、降水法等。洞口土体改良的方法和范围应根据工程地质、水文地质、盾构类型和外径、覆土厚度、作业环境、地下埋设物等条件确定。盾构始发前必须对洞口经改良后的土体进行质量检测,并对盾构始发前的位置作复核、检查。
盾构到达段必须做好盾构轴线的方向传递测量和接收盾构的准备工作,推进轴线应控制在到达要求的偏差范围内,洞口封门必须严格按照工艺要求拆除。
开挖控制的根本目的及内容
开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。
土压平衡式盾构与泥水平衡式盾构的开挖控制内容略有不同。
土压平衡盾构通过前端刀盘切削开挖面土层,切削下来的土体流入土仓,由于推进作用,使切削土体对开挖面加压,以平衡开挖面土水压力。盾构的实际排土量应与推进时切削下来的土量相等。要想保持盾构正常推进,土体应该具有一定的流塑性和抗渗性。如果土层自身的流塑性和抗渗性不足,则应向土中注入改良材料。
泥水平衡盾构是在机械式盾构刀盘的后方设置一道封闭隔板,隔板与刀盘间的空间称为泥水舱。前端刀盘切削下来的土砂进入泥水舱,经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水,经泥浆泵泵送到地表的泥水分离系统,待土、水分离后,再把滤除掘削土砂后的泥水经适当处理后重新送回泥水舱。在同时,通过推进力把泥水舱内泥水压力传递到开挖面,以维持开挖面稳定。
土压(泥水压)控制值的设定
开挖面的土压(泥水压)控制值,按地下水压(间隙水压) 土压 预备压设定。
地下水压可从钻孔数据正确掌握,但要考虑季节性变动。靠近河流等场合,要考虑水面水位变动的影响。
土压有静止土压、主动土压和松弛土压,要根据地层条件区别使用。按静止土压设定控制土压,是开挖面不变形的最理想土压值,但控制土压相当大,必须加大设备装备能力。主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力,控制土压最小。地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合,可采用松弛土压。
预备压,用来补偿施工中的压力损失,土压平衡式盾构通常取10~20kN/㎡,泥水平衡式盾构通常取20~50kN/㎡.
计算土压(泥水压)控制值时,一般沿隧道轴线取适当间隔(例如20m),按各断面的土质条件,计算出上限值与下限值,并根据施工条件在其范围内设定。土体稳定性好的场合取低值,地层变形要求小的场合取高值。