地铁工程土压平衡盾构在砂层中掘进施工工艺工法Word文档下载推荐.docx
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10的泥浆,膨化时间达到22小时左右,泥浆比重1.06以上,粘度30s以上,对于含有砾石等较大颗粒的地层,可以在膨润土泥浆中加入一定量的黄土,用来提高泥浆的比重,增强泥浆的浮力,黄土的掺入量为膨润土的1/3。
将泥浆注入到刀盘前方、土舱和螺旋舱,对渣土进行流塑性改良;
对于盾构机注浆壳凸出或地层较为密实的情况,将泥浆注入到前胸板后10~20cm的盾体外,用于较少盾构机与地层的摩擦。
泥浆的使用要注重对刀盘前方的注入,起到提前改良土体的作用,同时也提高开挖面土体的稳定性。
泥浆的注入量也是渣土改良技术的关键问题,通常和泥浆配比一样采用改良土体的塌落度来判定,对模拟开挖地层颗粒级配的渣土,用膨润土泥浆进行改良,改良后渣土的坍落度范围在100~150mm的泥浆和泥浆加入量是合适的。
先采用试验所得数据进行施工,在施工过程中再进行不断的调整。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
施工工艺流程见下图
图1工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1碴土改良
6.2.1.1碴土改良的必要性
碴土改良思路来源于使用泥水盾构的某些方法、措施来解决土压平衡盾构掘进砂层遇到的困难。
由于砂层具有内粘聚力小、外摩擦角大、渗透系数高等特点,在土压平衡盾构机掘进时,不能满足其土仓建压和出土的要求,更不能满足沉降控制和快速掘进的要求,必须对碴土进行流塑性、渗透性及和易性的改良,才能较好的实现土仓建压和出土,从而实现安全和高效的掘进。
从严格的盾构选型的角度讲,这种地层更适用于泥水加压式盾构,对于加泥式土压平衡盾构,通过对碴土改良剂的室内试验研究和现场实施,得出合理且经济的泥浆配比,然后在施工过程中向盾构机土仓、刀盘前方和螺旋机仓内注入适合的泥浆量,以改良开挖面土体和土仓内碴土,也可适用于砂层掘进施工。
6.2.1.2碴土改良方法
在土压平衡盾构砂层掘进时,应对碴土采取流塑化改良措施,即向开挖面、土压仓(必要时向螺旋输送机)注入改性材料(泥浆、泡沫、聚合物等),以促进开挖面稳定,实现土压平衡掘进,同时有助于降低机械摩擦、减小地面沉降、提高掘进速度等。
首先对开挖面,即刀盘前方土体注入泥浆,向开挖面土体注入泥浆后,泥浆包围在颗粒周围,形成了一层泥膜,增加了颗粒之间的粘聚力,使得颗粒之间的传力得到扩散,达到一种泥浆护壁的效果,有助于稳定开挖面土体。
其次是向土仓内注入泥浆,通过刀盘旋转和螺旋机旋转使泥浆渗入砂性土颗粒之间,增强颗粒之间的作用力,并以较大的泥浆浮力减少颗粒的堆积,形成流塑性状态的渣土。
最后是通过膨润土泥浆特殊的润滑性能,可以减轻颗粒与盾构机及其构件的摩擦。
6.2.1.3碴土改良材料及配比
常用的碴土改良剂有水、膨润土泥浆、泡沫、高分子聚合物等,各类不同用途的改良比较见表1。
表1改良剂比较表
种类
代表材料
优点
缺点
适用土质
矿物类
膨润土
蒙脱土
不透水性,流动性
制泥设备
废物处理
各种土质
黄土
增加泥浆的比重
配合膨润土
使用
含有砾石的粗砂层
水溶性高分子
CMC
增大粘性
无粘性土
高吸水性树脂
环氧树脂
胶凝状态,防止喷涌
酸碱地基化学加固
高水位,
含水量高
界面活性材料
泡沫剂
不透水性,流动性,防止粘附
无
膨润土、发泡剂及高分子聚合物在理论上均适应于砂层。
但其侧重的效果又不太一样,砂层掘进的碴土改良剂的首选膨润土泥浆和泡沫,如果遇到卵石、砾石较多的地层或渗透系数较大的地层,再综合考虑在膨润土泥浆中加入其它的改良剂。
经过试验室数据采集及对比分析及现场实践结果,对于全断面砂层碴土改良参数参考值如下:
膨润土:
纳基膨润土
泡沫剂:
砂性土专用气泡剂
膨润土泥浆性质:
浆液比重1.07,粘度25~35s;
注入率10%~20%(与碴土体积比);
膨润土与水质量比控制在1:
8~1:
10之间。
发泡倍率12倍,原液注入量30~50L,注入率为3~5%(与碴土体积比)
对于含有砾石或少量卵石的粗砂层或砂砾层,可以采取在膨润土泥浆中加入黄土的方法改良渣土,其配比参考值如下:
膨润土:
黄土=3:
2,注入率为20%。
(说明:
膨润土泥浆性质将受到膨润土质量、现场温度、搅拌方式等多种因素影响,膨润土泥浆的优劣,可以根据塌落度试验判定,经膨润土泥浆改良后的最优塌落度为100~150mm。
)
6.2.1.4碴土改良对应的泥浆系统改造
为了更好的发挥泥浆碴土改良和减摩的作用,有必要对泥浆系统进行改造(见表2)。
表2泥浆系统改造表
泥浆系统
注入部位
作用
改造方法
1#加泥泵系统
刀盘前方
改良刀盘前方土体,止水,泥浆护壁
盾体外
减摩,必要时可注
聚氨酯止水
在前盾胸板后80cm的3、9和12点打孔,焊管头接上膨润土管
2#加泥泵系统
土仓
增强泥浆浮力,改善土仓内碴土流塑性
螺旋仓
改善螺旋仓内碴土流塑性,保护叶片
6.2.2准备施工阶段
1盾构机的选型,本工法所选用的盾构机为面板式的加泥式土压平衡盾构,要求对盾构机的总推力设置在40000kN或以上,刀盘的工作扭矩设置在5500kN·
m或以上,在面板边缘加焊刮刀;
2盾构井施工完成,具备盾构始发的硬性条件后,开始吊装、组装、改造盾构机。
根据盾构机在砂层中掘进磨损较大的特点,对刀盘面板、凸出的注浆壳,螺旋输送机叶片加焊网格耐磨层,在凸起的注浆壳前方加焊刀具,起到超挖的作用,在先行刀和边缘刮刀附近加焊刀具,增强刀盘的切屑能力。
3渣土改良试验室试验,配置合适的泥浆,根据开挖地层的颗粒级配,对模拟地层原状土的渣土进行改良后的塌落度试验,先用试验的方法得出理论的泥浆配比和注入量。
6.2.3掘进阶段
1开始掘进前,计算盾构掘进地层的水土压力,根据计算值设定初始掘进参数,在掘进过程中依据建压和地面沉降监测不断进行调整;
2在掘进过程中,将泥浆加入到设定部位,泥浆的注入率为20%,在密实砂层段掘进,有必要加大盾构机壳体与砂层的润滑性,将膨润土泥浆注入到盾体外,在掘进的同时进行壁后注浆补充盾构机开挖断面与管片之间的空隙,同步注浆的流量应与掘进速度相匹配;
表3泥浆注入部位
改良刀盘前方土体,止水、护壁
减摩,必要时可注聚氨酯止水
在前盾胸板后80cm的3、9和12点打孔,焊上管头,接上泥浆管
土舱
改善土舱内渣土流塑性
螺旋舱
改善螺旋舱内渣土流塑性,保护叶片
3在盾构掘进的同时,2号编组列车在井口吊装管片和物资,放置泥浆和同步注浆浆液,准备下一环的施工。
6.2.4管片拼装
盾构掘进达到一个进尺后,进行管片拼装,盾构砂层施工时管片拼装要注意管片的防水质量,采用正确的拼装模式保护好止水条,管片拼装的同时两组列车完成进出洞的交换。
为下一循环做好准备。
7劳动力组织
盾构施工采用两班轮流作业,每个班组作业人员包括地面和地下三组,第一组为洞内作业,负责具体的盾构施工,第二组负责井口的管片、物资的装卸,泥浆的放置等,第三组为地面保障,负责各项施工物资的准备并配合将其垂直运输至井内。
表4盾构作业人员岗位表
序号
工作岗位
数量
工作内容
1
队长
1人
全面负责盾构工序,协调物资保障
2
盾构司机
负责盾构掘进,协助队长工作
3
土建工程师
负责管片选型、同步注浆和渣土改良
4
拼装手
负责管片拼装
5
打螺栓
2人
负责上管片螺栓
6
注浆手
负责同步注浆
7
单双轨梁
负责卸吊管片
8
电工
负责电力部分检修和维护
9
机械工人
负责机械部分检修和维护
10
机修
4人
负责看土、清泥、接轨、接水管、换盾尾油脂和黄油;
11
电瓶车司机
负责电瓶车
12
龙门吊司机
负责龙门吊
13
井口负责人两名
负责指挥龙门吊,装载所需物资
14
地面保障队
3人
负责准备所需物资。
8主要机具设备
隧道内的主要作业内容除盾构掘进与拼装外,还有管片的二次注浆、管片清洗、螺栓复紧、轨道连接、清泥、更换油脂等,所需的工具如下:
表5主要机具设备
机具
用途
清洗机
1台
清洗管片
水泵
盾尾抽水
泥浆泵
抽膨润土泥浆
铁锹
6个
清泥
风动扳手
2把
复紧螺栓
快速扳手
注浆机
二次注浆
泥浆箱
7个
拌制膨润土
搅拌机
12个
搅拌膨润土
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1沉降控制不到位,造成地面建筑物沉降、倾斜甚至倒塌;
9.1.2隧道线形与设计值相差较大;
9.1.3隧道内漏水。
9.2保证措施
9.2.1沉降控制
沉降控制主要分为两个方面,一方面是建立良好的土舱压力,另一方面是填补地层空隙。
为实现良好的土舱压力,可以采用库伦土压力理论计算地层的土压力,得出一个计算初始值,在施工过程中根据各种反应进行调整。
掘进时,满足2/3舱或满舱掘进,在建压的基础上,调节各项参数。
填补地层空隙主要通过同步注浆和二次注浆,砂层中考虑其渗透系数,同步注浆量应控制在
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