土壓盾構(gòu)在砂性土中的施工關(guān)鍵技術(shù)探討

1、.-最新精選范文公文分享-歡迎觀看-土壓盾構(gòu)在砂性土中的施工關(guān)鍵技術(shù)探討 摘要：盾構(gòu)法在當(dāng)前的隧道工程施工中應(yīng)用廣泛，具備地層適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點，能夠提升軟土地層和高含水量地層的掘進(jìn)速度，并且不易對施工環(huán)境造成太大的不良影響，從而極大地保護(hù)了地層的穩(wěn)定性。文章首先對土壓盾構(gòu)進(jìn)行了概述，然后結(jié)合案例分析了施工中的難點以及具體的改良方法。 中國論文網(wǎng) 關(guān)鍵詞：土壓盾構(gòu)；砂性土；施工技術(shù)；隧道工程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 中圖分類號：U452 文章編號：1009-237414-0117-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.059 目前常用的兩種盾構(gòu)法分別是泥水盾構(gòu)和土壓盾

2、構(gòu)，其中前者具有設(shè)備復(fù)雜、配置價格高、使用過程中占地面積大等特點。隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土地面積越來越少，受到施工環(huán)境的限制，大體積的施工設(shè)備很難順利進(jìn)入施工場地或者極大地影響施工的順利進(jìn)行，必須進(jìn)行施工工藝的改良。在這種情況下，技術(shù)人員研制出了更加方便快捷且占地面積小的土壓盾構(gòu)技術(shù)。土壓盾構(gòu)在形式上屬于封閉式盾構(gòu)，當(dāng)盾構(gòu)在隧道中向前掘進(jìn)時，前面的旋轉(zhuǎn)刀盤會把地層上的土壤削掉，并自動保存在土艙里面。當(dāng)土艙中的土體充滿之后，其被動土壓會和倔削面上的土壓、水壓保持相同大小，這樣一來，削面就能夠保持在穩(wěn)定平衡的狀態(tài)下。 1 土壓盾構(gòu)概述 土壓盾構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1中可以看出，這類盾構(gòu)

3、系統(tǒng)主要是靠螺旋輸送機(jī)把削掉的土壤排送到土箱里面，再運送到地表上。 土壓盾構(gòu)的種類可主要可以分為如下四種：第一，削土加壓式盾構(gòu)。適合用于粉土、黏土、砂質(zhì)粉土以及砂質(zhì)黏土中；第二，加水式土壓盾構(gòu)。適合用于含水砂礫層以及亞黏土層中；第三，高濃度泥水加壓式土壓盾構(gòu)。適合用于土質(zhì)松軟且滲透系數(shù)大含水量高的砂層土壤中；第四，加泥土壓盾構(gòu)。適合用于軟弱性黏土層中以及容易出現(xiàn)坍塌的含水砂層和卵石層中。 根據(jù)施工條件的不同，土壓盾構(gòu)穩(wěn)定掘削面的種類可以分為兩種機(jī)理類型：第一，黏性土層。因為土壓盾構(gòu)的刀盤在旋轉(zhuǎn)過程中會破壞原有的土體結(jié)構(gòu)，變得更加疏松，還增加了其流動性。即使有些土層的黏性比較大，可以很好地將周圍

4、的土體顆粒聚在一起，但是渣土的塑流性也相應(yīng)會增大，這種情況下可以調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制排土量，將其維持在合理的范圍內(nèi)，既能夠滿足施工需求，又不會對土層的穩(wěn)定性造成較大的破壞。當(dāng)土體的塑流性不足時，土艙內(nèi)部的土體就會出現(xiàn)固結(jié)情況，這樣削下來的土壤很難被排出來，盾構(gòu)推進(jìn)施工會被迫停止。為了解決這個問題，可以向土艙里面注入水或者空氣、泥漿等材料，并進(jìn)行連續(xù)的攪拌，這樣就能夠提高土體的塑流性；第二，砂質(zhì)土層。在砂質(zhì)土層中，因為土質(zhì)顆粒之間的空隙較大，因此其滲透性也比較強(qiáng)，這樣當(dāng)?shù)叵滤槐容^高且水壓較大時，僅僅依靠掘削土壓和排土機(jī)很難使掘削面上的土壓和水壓保持平衡。因此可以向掘削面上添加水、泥水或者

5、泥漿等材料，并通過不斷攪拌來改變原來的土體性質(zhì)，從而提高削土面的流動性以及止水性，使掘削面保持在平衡狀態(tài)下。 2 土壓盾構(gòu)在砂性土中施工關(guān)鍵技術(shù)分析 本文結(jié)合實際案例分析土壓盾構(gòu)在砂性土壤中的關(guān)鍵施工技術(shù)。工程概況：在某大型城市地鐵1號線建設(shè)三路站到建設(shè)一路站區(qū)間長度大概是1000m，由1臺土壓盾構(gòu)從建設(shè)三路站工作井開始出發(fā)，沿著市中心向北路推進(jìn)，一直到建設(shè)一站工作井，然后進(jìn)洞，再調(diào)頭進(jìn)行反向推進(jìn)，到建設(shè)三路站南段井，最終完成掘進(jìn)施工。其中整個隧道結(jié)構(gòu)的外徑長度為6.2m，內(nèi)徑長度是5.5m，主要采用C50的預(yù)制管片進(jìn)行拼裝，然后制作而成的，隧道的深度為9.516m。 2.1 工程施工的水文地

6、質(zhì)條件 上行線的土壓盾構(gòu)是1100環(huán)、655809環(huán)全斷面都在砂性土中掘進(jìn)，土層質(zhì)地主要為砂質(zhì)粉土加黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土加粉砂以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。各項物理參數(shù)如表1所示。掘進(jìn)土層的特征為：土質(zhì)呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，并且表面看起來較為粗糙，滲水性強(qiáng)，如果是在飽和狀態(tài)下，那么一旦受到振動荷載的影響就非常容易出現(xiàn)液化問題，并且由于其滲水性好，因此一旦含水量上升，那么就會出現(xiàn)流動現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下還會導(dǎo)致塌方事故。施工環(huán)境周圍的地下水屬于松散巖類孔隙潛水，主要是在上部填土層的粉砂層中，水深大概在12m左右。 表1 盾構(gòu)穿越土層的主要物理參數(shù) 2.2 施工難點分析 2.2.1 因為含水量比較大且土質(zhì)的密度不高，因

7、此很難控制地面的沉降量，需要注入大量的漿液，提高土層的穩(wěn)定性。在砂土含量較多的土層結(jié)構(gòu)中，沉降問題一般發(fā)生在土壓盾構(gòu)系統(tǒng)穿越中以及穿越后的這兩個時間段。其中地面沉降可以分為以下四個部分：第一，在開挖土體之后，需要進(jìn)行卸載，卸載過程中如果速度過快或者對方不均勻，很容易出現(xiàn)沉降問題，導(dǎo)致地層發(fā)生一定的變位移動；第二，在注漿過程中管片容易從盾尾脫出，這時就會在建筑內(nèi)部出現(xiàn)一定的空隙，如果該空隙不能及時被填充，就很容易引發(fā)地層沉降問題；第三，在隧道周圍的土體中，受到盾構(gòu)施工的影響會產(chǎn)生超孔隙水壓力，在施工結(jié)束之后，如果這股壓力消散，就容易出現(xiàn)土壤固結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致地面沉降；第四，隧道周圍的土體經(jīng)土壓盾構(gòu)系

8、統(tǒng)的擾動之后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，變得不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致固結(jié)沉降問題的發(fā)生。在利用土壓盾構(gòu)進(jìn)行穿越時，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗總結(jié)出造成沉降的主要因素是第一和第二部分，第三和第四部分主要是對成型之后的隧道產(chǎn)生影響，容易造成不同程度的沉降。土壓盾構(gòu)在推進(jìn)過程中，由于前進(jìn)以及內(nèi)部設(shè)備振動所產(chǎn)生的荷載力會作用于周圍的土體結(jié)構(gòu)中。但是因為砂層顆粒之間的引力作用比較小，粘結(jié)性幾乎沒有，再加上含水量很高，因此受到循環(huán)荷載作用力的影響，非常容易在瞬間出現(xiàn)變形。如果荷載作用時間不斷延長，砂層就會慢慢呈現(xiàn)出液化狀態(tài)，從而導(dǎo)致土體出現(xiàn)大面積的沉降。 2.2.2 土壓波動性大，不容易達(dá)到平衡狀態(tài)。對現(xiàn)場90130環(huán)的土壓力進(jìn)

9、行匯總，發(fā)現(xiàn)在相鄰的兩環(huán)中，最大土壓差能夠達(dá)到0.19MPa。通過分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是刀盤開口率和砂性土本身的特質(zhì)。當(dāng)土壓盾構(gòu)的刀盤開口率達(dá)到75%以上時，受到砂性土壤流塑性較差的影響，就很難形成面板擋土支護(hù)效應(yīng)。而砂性土層被切削之后，土體結(jié)構(gòu)也失去了原本的穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)坍塌，還會倒向土艙，這樣一來，土壓的波動性就會變大，土艙內(nèi)部不容易達(dá)到平衡狀態(tài)， 2.2.3 推力和扭距比較高，導(dǎo)致推進(jìn)速度慢。對現(xiàn)場施工進(jìn)行研究，把實際的施工情況和淤泥土體的施工進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)砂性土的溫度要高出1020左右，總推力也高出1倍以上，刀盤的扭矩大1.5倍左右。主要原因是土壓盾構(gòu)受到砂性土性質(zhì)的

10、影響，導(dǎo)致掘進(jìn)過程中的阻力變大，進(jìn)而其扭矩壓相應(yīng)增大，推進(jìn)速度自然降低。 2.3 提高施工質(zhì)量的措施 2.3.1 控制地面沉降的措施。對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：第一，減緩?fù)七M(jìn)速度，規(guī)定不超過5cm/min，這樣雖然暫時降低了施工進(jìn)度，但是能夠大大減少對周圍土體的擾動，提高了施工質(zhì)量，避免后期引發(fā)沉降事故。同時還應(yīng)該盡可能地減少停機(jī)時間，保持推進(jìn)的連續(xù)性，能夠縮短盾構(gòu)對土體的擾動時間；第二，對注漿環(huán)節(jié)的漿液材料進(jìn)行改良，提高水泥和石灰的比例，并加入一定劑量的膨潤土，大概比例為1m?的漿液中加入20千克的水泥和90千克的膨脹土，這樣能夠減少漿液的固結(jié)時間。漿液中加入的砂料因為中粗砂，可以強(qiáng)化其填充性能。

11、漿液的粘稠度需要控制在910cm的范圍內(nèi)，這樣可以避免在短時間內(nèi)出現(xiàn)稀釋現(xiàn)象。 2.3.2 平衡土壓，提高開挖面的穩(wěn)定性。第一，在刀盤前方注入水和比為7100的膨潤土漿液，每推進(jìn)1環(huán)需要注入大概4m?，能夠起到改良土層質(zhì)量的效果，提高其保水性，并將流速率控制在比較理想的范圍內(nèi)，從而能夠增強(qiáng)出土器的排土能力，避免在施工過程中出現(xiàn)大面積的液化現(xiàn)象；第二，保持勻速推進(jìn)，避免出現(xiàn)突然停止或者突然開始的推動操作行為，這會大大降低土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第三，刀盤的前方進(jìn)土量要和螺旋機(jī)的出土量保持在同一水平，這樣可以提高掘土壓力的動態(tài)平衡能力，避免出現(xiàn)超挖和欠挖問題。其中每推進(jìn)9m?的土，土壓盾構(gòu)需要進(jìn)尺0.2

12、7m；第四，加裝泡沫發(fā)生裝置在土壓盾構(gòu)機(jī)的內(nèi)部，具體配比濃度為2%，發(fā)泡率為20倍，泡沫注入率為40%，需要的發(fā)泡氣壓為0.7MPa，主要作用是在掘進(jìn)過程中注入到工作面上起到改良土體的效果。 2.3.3 降低扭矩和推力。在刀盤前方以及土壓盾構(gòu)系統(tǒng)的側(cè)面注入膨潤土潤滑漿液，這樣土粒之間的空隙就會被膨潤土填充，摩擦力減小，相應(yīng)的刀盤扭矩就會降低，同時還能夠減小盾構(gòu)殼體和周邊土層之間的摩 擦力。 3 結(jié)語 通過采取以上改良措施，較好地控制了土壓盾構(gòu)系統(tǒng)在砂性土層掘進(jìn)過程中遇到的施工難點，提高了對地面沉降的控制能力，沒有出現(xiàn)大面積的沉降現(xiàn)象，土壓的波動性也明顯減小，增強(qiáng)了工作面的平衡性。同時由于扭矩的減小，施工速度大大提升，縮短了施工進(jìn)度，并有效減少了施工成本。在實際的施工過程中，需要結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)條件和設(shè)備特點，制定針對性的工藝改良方案，既能夠保證盾構(gòu)推進(jìn)速度，又能夠提高其平穩(wěn)性，避免各種意外事故的出現(xiàn)。