粉质粘土中泥水盾构掘进施工技术探讨

来源:用户上传      作者:

　　摘要：以杭州庆春路过江隧道施工为例，介绍泥水盾构机在粉质粘土层中掘进易出现的粘附刀盘、堵管和堵泵等现象，分析了产生的原因并提出了盾构施工中的处理措施，减少盾构在长距离粉质粘土中施工产生风险，确保安全、高效、顺利完成盾构施工。
　　关键词：粉质粘土 盾构 掘进 处理措施 掘进参数
　　0 引言
　　庆春路过江隧道工程起点自杭州市江干区庆春东路一新塘路交叉口，终点接萧山侧市心路。东线盾构隧道长为1765.72m，西线盾构隧道长1766.92m，而钱塘江底段约1241m。盾构隧道采用两台Φ11.68m的泥水平衡盾构机掘进，盾构在穿越钱塘江时隧道最小覆土14.1m，覆土厚度大于1D，最大覆土厚度24m。
　　1 隧道穿越地层评价和比例
　　根据详勘报告及设计文件，②、③层为粉土，透水性好，主要为潜水含水层，有明显的触变性和流动性，在水动力条件下易产生管涌、流砂。④、⑤、⑥层为粘性土层，其中④为软性粉质粘土，高压缩性、低承载力、高灵敏性、高触变性特点，工程性质较差。⑤、⑥层为硬性粉质粘土，当地以其硬度称之为“老粘土”，掘进易粘附刀盘、堵管；⑦层为砂性土，⑧圆砾卵石层为碎石层，该组合属承压水层，水压高，水量充沛，有明显的漏浆和塌孔现象，掘进中易引起涌水坍塌。
　　盾构隧道穿越地层统计见表1。
　　
　　
　　⑤-1粉质粘土、⑤-2粉质粘土俗称“硬土层”，硬可塑，盾构在掘进中该两层占穿越地层的78.7%左右。因此在该地层的掘进中应编制好切实可行的施工技术方案，保障安全、高效、顺利地通过。
　　2 粉质粘土层中掘进施工技术
　　2.1 粉质粘土
　　粘性土层是粉质粘土矿物经相互间电化学结合而形成的，近似变质了的琼胶块状体，所以由泥水比重和加压带来的力就容易形成对开挖面的稳定，不论粘性土层的软弱状态如何，都适合于用泥水加压盾构工法施工的地层。
　　2.2 盾构施工技术难点
　　在这类地层中进行盾构施工，有若干技术问题必须得以很好地解决，才能保障盾构施工安全、高效、顺利地完成，其中最主要的问题是：
　　1）粉质粘土可塑性高，容易粘附刀盘。块状粘性土易堵管，造成压力突变冲破地层、损坏泥浆管路；
　　2）粉质粘土层可渗透性较低（水平渗透系数7.36E-07、垂直渗透系数7.96E-08），压力设定不适当易造成地表隆起甚至冒浆、泥水后窜；
　　3）向着已经开挖的隧道方向存在着潜在的诱发位移的势头，会使已经开挖地层和初始衬砌之间的空隙发生塑性闭合，从而引起地面沉降；
　　4）潜在的变形势头会引起隧道初始衬砌的水平直径增大和垂直直径减小；
　　5）隧道管片上浮。
　　2.3处理措施
　　针对以上施工技术难点，经过方案优化、论证，制定了相应的处理措施。
　　1）组织相关技术人员进行培训，安排经验丰富，责任心强，现场处理问题迅速、反应敏捷的盾构主司机和值班工程师从事掘进施工工作。现场值班工程师及时、认真记录掘进参数并进行汇总，项目部技术管理人员对掘进参数进行分析、论证、总结，为下一步的盾构掘进工作提供理论指导依据；
　　2）较低掘进速度、较高转速推进，提高进出浆流量。均匀快速穿越粉质粘土层，掘进中宜减少停机时间，匀速掘进。各工序间有效结合，统筹安排，总体规划。掘进速度过快，易粘附刀盘，且不利于泥水分离，泥浆比重大，出渣量大易造成堵管和增大泥浆管路摩擦。块状粘性土易堵泵，出浆泵被吸空，泵体空载震动大，管路震动，接头部位被损坏，破损处泥浆飞溅危及施工作业人员安全和影响掘进施工；
　　3）压力选择合适、压力波动小（控制在±0.02MPa内），减小对地层扰动，加强对河床冲刷槽的位置、深度监测，监测数据及时反馈到现场值班工程师处，现场值班工程师对监测数据及时进行分析，确定合适的压力；
　　4）调整盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内，正确选择封顶块点位，均匀调整盾尾间隙量。设定油脂腔压力，保障注入油脂量，防止因堵管压力突变，泥水压力后窜，损坏盾尾密封系统，造成盾尾漏浆危及盾构施工质量。
　　5）利用中部及上部4个注浆管注浆，注浆采用一定稠度的水泥砂浆，在盾构掘进后5分钟至掘进完成前5分钟内，均速注浆，控制注浆量在1.5~1.8倍建筑空隙，防止地面变形过大和控制隧道管片上浮量；
　　3 粘性土层中掘进参数设定
　　结合盾构机本身参数制定适合本工程盾构施工的相应参数，用于指导盾构掘进施工。
　　1）掘进速度控制：
　　正常掘进速度为30～40 mm/min，在粉质粘土中掘进速度宜适当放慢，控制在15～25mm/min；平均每环掘进时间控制在2个小时左右，掘进速度太快，切削土体过多，需排出渣土较多，容易发生管路堵塞、刀盘固结泥饼等问题。
　　2）刀盘转速控制：
　　双向转速0～2.3 rpm/分(连续可调)，粉质粘土中转速控制在40%～45%（0.90～1.20rpm/min）；
　　3）推力及扭矩控制：
　　推力控制在3000T～5000T，扭矩控制在3500 kNm ～4500 kNm；
　　4）泥浆循环控制：
　　进浆泵（P1.1）流量控制在1000 m3/h左右（掘进期间），1144 m3/h（旁通时），排渣流量（P2.1）1150 m3/h（掘进期间和旁通时）；
　　5）同步注浆压力控制：
　　同步注浆压力为1.1～1.2倍的静止土压力与静止水压力之和。
　　4 结语
　　经实践证明，在粉质粘土层盾构掘进施工中制定切实可行的技术方案指导施工，避免因粉质粘土粘附刀盘、堵塞泥浆管路和排浆泵等，造成管路破损、泥浆流失、地表隆起突变、泥水后窜损坏盾尾密封系统等现象。掘进施工中及时、认真记录掘进参数并进行汇总，对掘进参数进行分析、总结，寻找适合该地层中施工的相关技术参数。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-586111.htm