1、复杂条件下盾构过江施工控制技术赫蠹二圆昌譬圈复杂条件下盾构过江施工控制技术文 0 刘晓文(湖南交通工程职业技术学院湖南衡阳)摘要:在江底水文地质复杂的情况下,如何确保盾构机安全过江是一项复杂而又系统的施工控制技术,如何设定,控制盾构掘进参数显得至关重要.关键词:盾构;过江;控制技术一,过江段的工程概况在某地铁盾构区间中,盾构隧道过江段长度近 300m,其中在过江水道局部覆土厚度较浅的范围约 l00m 长,此范围内的覆土厚度最小的仅为 5m,最大也只为 7.5m.根据地质资料揭露,隧道在珠江底下掘进时,洞身的地层主要为2 一 lA,2 一lB,22,32淤泥层及砂层,局部有9红层微风化带及7,6
2、,5 一 l,52.覆土层厚度 l6.85 米,隧道在江底上覆土较薄,且其间充满流动性好的淤泥层及中,粗砂层,地下水与江水有直接联系,故盾构掘进时存在较大风险,施工时容易出现盾尾漏浆,江底大面积塌陷,隧道侵限等现象.盾构机过江时,隧道洞身围岩水文地质条件受其影响较大.该处多年平均潮位7.02m(1950 一 l990),历年最高潮位为 7.62m,最低潮位为 3.64m.二,该过江段的施工难度(一)中 800 过江自来水管离隧道很近,净距约 0.82.5m,且堤岸基础为抛填石基础,如何保护自来水管及江堤是本次过江的难点之一.(二)在过江段隧道洞身的大部分地层均为32冲积一洪积中粗砂层,局部含有
3、2 一 l海陆交互相淤泥,淤泥质土层,22海陆交相沉积砂层.且厚度较大,地层中富水性较强覆土厚度最小的仅为 5m,最大也只为 7.5m,覆土厚度甚至小于 1 倍盾构直径,给施工带来一定的难度.(三)本段过江段隧道断面下面存在着全风化岩,中风化岩和微风化岩,隧道上方有淤泥质砂,淤泥,粉质粘土和残积土,存在上软下硬的复合地层,对盾构破岩能力及防冒浆的能力要求较高,对盾构姿态的控制极其严格.(四)管片注浆压力容易击穿较薄的淤泥质覆土层,从而江水灌入隧道,造成严重后果.(五)过江段隧道处于 500 米转弯半径,同时处于 5.5%的陡坡段,对盾构姿态控制又提出了极其苛刻的要求.三,盾构施工控制技术措施(
4、一)开挖面的控制与管理1.开挖面泥水压力的控制设计泥水压力 P=静止土压力 (含水压力)+加压 K(K=20KPa)2.切削干砂量管理及控制 G=(D2L/4)(1Ct/100)设定切口压力大干自然水土压力l5Kpa 以上,采取一切可能的措施使切口压力的波动不超过 3%,严格控制排泥于沙量,保证切削面稳定和地表沉降在允许范围内.在设计隧道轴线就近进行潮位测量,平时每隔 20min 记录一次潮位,在潮位变化较快的涨急,落急时段加密至l0min,以保证潮位资料的准确性.(二)泥水处理系统的控制与管理由于泥水压力值一般要比开挖面的静止土压力要大,以便形成压力梯度,故在此段取h=2m.根据其上计算出的
5、设计泥水压力值,可推算出泥浆比重范围在 1.101.15g/Cn5.因该地层自造浆能力较差,故把泥浆比重控制在 1.201.25g/Cm3,泥浆粘度控制在 2228s;而在江底的微风化段,岩石强度 fc=30Mpa,泥浆比重控制在 1.151.20g/cn4,泥浆粘度控制在 l820s.(三)掘进参数的控制与管理1.推进速度和姿态控制切削方式以贝壳刀为主,确保密封仓内压力平衡,盾构机在过江堤时应适当放慢盾构的掘进速度,掘进速度控制在25mm/min 左右,刀盘高转速控制在 1.52.Orpm,扭矩控制在 4000KN?m 以下,以尽量减少对土体的扰动.穿越过程中,盾构机的姿态变化不宜过大或过频
6、,并且严格控制中线平面位置偏差,盾构切口与盾尾平面以及高程偏差均不超过50mm.严格控制盾构姿态,防止盾构磕头现象.2.加强注浆管理采用双液注浆材料(水泥+水玻璃),控制初凝时间在 l5 秒以内,启动两套注浆系统,掘进时同时进行盾尾同步背填注浆和管片补充注浆,保证注浆充盈系数大干1.80.在同步注浆过程中,合理掌握注浆压力,注浆出口压力=切口水压+60 100KPa,注浆量争取达到理论建筑空隙的130%以上 (即取注浆率 0【=130% 以上),使注浆量,注浆流量和推进速度等施工参数形成最佳匹配;同步注浆的位置在第四环管片的 11 点和 5 点,1 点和 7 点的位置,具体注浆的顺序可根据对管
7、片测量的结果来确定,当注浆充填量110%时,采用管片补压双液注浆的措施,补压浆要求均匀,压浆后浆液成环状,注浆范围 58 环.必要时更要进行衬砌(管片)壁后补充注浆.(四)启用仿形刀和中折装置盾构在上软下硬,软硬夹层等复合地层施工时,推进千斤顶的受力不均匀,盾构的方向控制较为困难,容易偏位.地质情况变化较大也容易引起切口水压的不稳定,给盾构操作带来一定的难度.对付该地层必须加强测量监控,必要时启用盾构机的仿形刀或中折装置进行辅助施工,有助与控制盾构姿态及纠偏.(五)防止盾构机扭转的措施开挖掌子面推进的支反力,是由管片提供的,刀盘切削土体的扭矩主要由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡,当盾构
8、在8,9号地层中推进时,盾构壳体与洞壁之间只有部分产生摩擦力提供摩擦力矩,当上述的摩擦力矩不能平衡刀盘切削土体的扭矩时会引起盾构本体的滚动,过大的滚动会影响盾构的拼装,也会引起隧道轴线的偏斜.掘进时加大刀盘的正反转频率,保持盾构机的稳定,减小盾构机的振动和防止盾构机产生超限扭转,使管片的受力稳定,确保隧道的成形质量,防止盾构机的变形.(六)防止盾尾漏浆 (防漏)的措施配制初凝时间较短的双液(A,B 液)进行衬砌(管片) 壁后注浆,压浆部位为后 35 环,并适当调低切口水压,但调整量不大干 0.5Kg/cITf.补充盾尾油脂 ,采用塞满油脂的海绵团堵住盾尾间隙,若此时漏浆情况仍得不到有效控制,则
9、在后68 环处用聚氯酯进行压注予以封堵.为了防止在隧道内的漏浆和漏水,积水情况的发生,在隧道内各准备两台 4 寸口径的大型抽水水泵,以备必要时使用.(七)加强盾构过江监测实施信息化施工根据地面的实际情况,在盾构穿越珠江水道的江堤时,应沿隧道的轴线和其它必要位置布设监测点.测点每天监测 2 次,并把测量结果及时反馈到中控室,以便其调整各种施工参数.江底实施声纳法监测,主要是通过利用超声波声速测深仪测量水深,并进行自动化成图,绘制平面水深图和断面图,其测点布置方法为:沿隧道轴线方向在每孔的中轴线上布设一条中轴测线,然后左右两边每相隔 5m 布设一条测线,共布设计4 条平行于中轴线的测线;垂直于中轴
10、线方向为两轴线间距离加上从轴线往外测出15 米宽度,测线间距为 3 米.测点布置详见图 1 所示.u.一III.1.I.I.IjllII.1 一I.一I 一一IIlIII一I.I.I.-广:一fIIjIjjI;0 Il( IIl(j; I II:(=I=_-c(f:f=t=(=I=l=(一 l=j:(:j:一 t-I-Il:c(I=一一一(一一 ijIIIli(一 j 一(i 一(一(jlI 一(一 ii 一(一 jjII一束图 1 声纳法监测点布置示意图盾构珠江前,沿隧道轴线每隔 10 米布设一个传感器监测点,共有 26 个;并且盾构过江前采用声纳法进行了一次背景测量,了解江底地形状况.采用声纳法和压力感应器法同时对江底沉降进行监测,声纳法的监测频率为每天 1 次.结束语本次盾构过江施工由于技术措施到位,一个月即顺利通过,未发生任何意外,较预想的要好,应该说有些方面值得借鉴.177
