盾構(gòu)機過φ污水管技術(shù)總結(jié)

1、泥水盾構(gòu)機過1800壓力污水管技術(shù)總結(jié) 廣州地鐵六號線盾構(gòu)一標(biāo) 李世佳1工程概況廣州市軌道交通六號線高架線入洞口大坦沙站（含明挖段）工程，位于大坦沙島，線路走向為南北走向，南與大坦沙站相連，北與高架區(qū)間交接。右線里程：YCK3+230.00YCK3+988.050，右線長度：758.05m，左線里程：ZCK3+234.227ZCK3+988.050，左線長度756.885m。隧道掘進主要包括：入洞口河沙站 、河沙站大坦沙站兩個盾構(gòu)區(qū)間的隧道工程。本標(biāo)段1臺泥水盾構(gòu)機從高架線入洞口端左線始發(fā)，掘進至河沙中路附近時，在隧道掘進環(huán)數(shù)185環(huán)至222環(huán)之間，里程YCK3+459-YCK3+525約70

2、米范圍內(nèi)，有一條1800mm的壓力污水管與左線隧道平面呈斜交關(guān)系，從隧道上方通過，具體平面位置見下圖：圖1 隧道線路與污水管道相交平面示意圖 上圖可知，污水管與左線隧道斜交完全重合的長度約為53m。管道與隧道相交處，污水管道頂部埋深約3m，管底離隧道頂最小距離約2.1m。污水管道及隧道均處于砂層中，具體情況如下圖可知，隧道主要經(jīng)過<2-2>海陸交互沉積層，深灰色、灰、灰黑色，呈飽和，松散稍密狀態(tài)，組成物為粉砂、細(xì)砂，局部為中粗砂，含淤泥質(zhì)及少量有機質(zhì)，局部有貝殼碎片；<3-2>中粗砂層，灰白、淺黃、灰等色，城飽和狀，稍密密實狀，組成物主要為中砂、粗砂、砂礫，含

3、少量粘粒，土質(zhì)松軟。本標(biāo)段掘進區(qū)間位于珠江江心島上，四面環(huán)水，地下水豐富，補給來源充沛，且水位埋藏較淺，尤其是過壓力污水管盾構(gòu)區(qū)間為全斷面<2-2>、<3-2>砂層，透水性極好。圖2 污水管與隧道斜交完全重合處縱斷面圖從調(diào)查可知，該壓力污水管為玻璃夾砂管，承插式接頭，每節(jié)為12m，污水管允許變形撓度為23度。2盾構(gòu)機過壓力污水管風(fēng)險分析及保護方案根據(jù)現(xiàn)場實際情況以及對污水管道補充詳細(xì)勘測后，一方面由于污水管道底部離開隧道太近，距離僅為2.1m。如果控制不當(dāng)，很可能造成污水管破裂,而且由于破裂后漏水將造成地層塌陷，釀成災(zāi)害。按原計劃，對1800壓力污水管與隧道相交范圍的地

4、層進行加固，對隧道（左、右線）外側(cè)影響范圍內(nèi)的管線采用攪拌樁隔斷的方法來進行加固，對隧道上方管線，每隔5m做傾斜交叉的旋噴樁，保護隧道上方管線，攪拌樁起隔離作用。目前，現(xiàn)場實際情況以及對污水管道補充詳細(xì)堪察后，考慮如下： 采用打斜樁的方法加固不可行，因為斜樁（旋噴樁）很可能會打到隧道范圍內(nèi)，起不到加固的作用，反而加固后的水泥塊會令盾構(gòu)掘進時的切口水壓產(chǎn)生波動，另外加固過程中也可能對管道本身產(chǎn)生擠壓破壞等影響。從另一方面講，由于污水管所處的地質(zhì)為淤泥及砂性軟弱地層，根據(jù)類似地層的掘進情況發(fā)現(xiàn)：盾構(gòu)機推力及扭矩小、切口水壓波動小、對地表的控制較理想。綜合考慮，決定在隧道正上方的污水管不采取加固措施

5、，主要通過對盾構(gòu)機掘進參數(shù)的控制來達(dá)到對壓力污水管線的保護。3盾構(gòu)機掘進控制及效果盾構(gòu)機自2008年2月1日至2008年2月8日順利通過壓力污水管，掘進環(huán)數(shù)平均為5環(huán)/天，掘進過程沒有發(fā)現(xiàn)壓力污水管破損、滲漏現(xiàn)象。期間，主要對以下掘進參數(shù)進行了重點控制與監(jiān)測：3.1推進速度的控制在穿越污水管的過程中,盾構(gòu)機推進速度不能過快,經(jīng)計算分析,控制在20.025.0cm/min為宜。推進過程中速度要保持穩(wěn)定,盾構(gòu)應(yīng)均衡、勻速地穿越原水管渠,以減少變速推進對前方和周邊土體造成的擾動,減少對污水管的影響。3.2切口水壓的控制切口水壓是用泥水使開挖面保持穩(wěn)定的作用力，通常應(yīng)與作用在開挖面上的土體在對抗中保持

6、平衡，水壓與開挖面上含水土體的垂直作用的重力及圖的內(nèi)摩擦角大小有關(guān)，其理論計算為：切口水壓上限值：P上=P1P2P3=w·hK0·(-w)·h+·(H-h)20 P上：切口水壓上限值(kPa)； P1：地下水壓力(kPa)；P2：靜止土壓力(kPa)； P3：變動土壓力，一般取 20 kPa；w：水的溶重(kN/m3)； h：地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）(m)； K0：靜止土壓力系數(shù)，本次施工取0.85；：土的溶重 (kN/m3)；H：隧道埋深（算至隧道中心）(m)。切口水壓下限值：P下=P1+P'2+P3=w·h+Ka

7、83;(-w)·h+·(H-h)-2·Cu·sqr(Ka)+20P下：切口水壓下限值(kPa)； P'2：主動土壓力(kPa)；Ka：主動土壓力系數(shù)，本次施工取0.4； Cu：土的凝聚力(kPa)。開挖面是一種動態(tài)的平衡，盾構(gòu)在污水管底施工時，無論是掘進階段還是停止掘進階段，都應(yīng)該隨時注意泥水壓力的變化，使其略高于地層土壓力，設(shè)計泥水壓力=土壓力+水壓力+加壓，此段加壓值控制在0.10.2Kg/cm2。 過污水管時注意對切口水壓的控制，尤其是切口水壓的波動值應(yīng)控制在10的范圍內(nèi)，并可利用前100m的掘進參數(shù)來試探掘進速度的控制，適當(dāng)時可稍微進行欠

8、挖掘進。我們采用盾構(gòu)機正在過1.8米壓力污水管的切口水壓數(shù)據(jù)與過壓力污水管前一百環(huán)的掘進切口水壓數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)過壓力污水管時切口水壓有明顯增大，如圖1、圖2。其原因主要有兩方面：1、不同的地層條件導(dǎo)致實際值比理論計算值偏大；2、在掘進施工中采用保險施工工藝，防止地面沉降造成對壓力污水管的損壞。根據(jù)壓力污水管材料性質(zhì)，允許變形撓度為23度，加大切口水壓造成地層約微上浮，待盾尾間隙已經(jīng)注漿飽滿，盾構(gòu)機向前推動后，地層會逐漸下降，對壓力污水管的影響不大。圖3 過壓力污水管前100米切口水壓控制數(shù)據(jù)圖4 過壓力污水管時切口水壓控制數(shù)據(jù)3.3切削干砂量管理及控制計算理論干砂量可與中央控制室監(jiān)視盤顯示的掘

9、削干砂量（即實際掘削干砂量）作比較，根據(jù)兩者之間的差距，判斷開挖面超挖量和地質(zhì)變化情況。在過污水管道時的淺覆土段其單環(huán)（1.5m寬）理論干砂量：G = (D2L/4)×(1-25/100) = (3.14×6.262×1.5÷4) ×(1-25/100) =46.143×0.75 =34.61 m實際單環(huán)干砂量G，根據(jù)儀器測定送泥水和排泥水的差，通過計算求出實際土粒子量（干砂量）。根據(jù)g=(G-G)/G得出超挖率g，當(dāng)g>20%，且計算機電視屏幕上顯示棄土體積的有迅速、明顯的變化，則開挖面有可能塌方或土層出現(xiàn)變化，此時應(yīng)及時掌握

10、切口正面土體塌方的情況。圖5 干砂量控制數(shù)據(jù)采用實際干砂量與理論干砂量比較可知，從一定程度上采取了欠挖的施工工藝，主要是為了避免注漿時壓力過大，而造成對壓力污水管的擠壓而損壞。3.4泥漿的管理及控制由于該地層自造漿能力較差以及在砂層中掘進泥漿損失量較大，應(yīng)該加大泥漿的粘度，把泥漿比重控制在1.10g/cm3左右，泥漿粘度控制在23s以上。另外，預(yù)備足夠多的人造優(yōu)質(zhì)泥漿，防止泥漿供應(yīng)不夠，尤其是過壓力污水管時，更應(yīng)該加強泥漿的調(diào)整及管理工作。3.5注漿參數(shù)控制3.5.1注漿方式盾構(gòu)機在過壓力污水管注漿采用的背填注漿方式主要有、同步注漿方式：同步注漿與盾構(gòu)掘進同時進行，通過注漿系統(tǒng)及盾尾的內(nèi)置注漿

11、管，在盾構(gòu)向前推進盾尾形成間隙的同時，采用螺桿泵二管路（四注入點）同時注漿。由于通過壓力污水管地層為軟弱地層，土體流動性較大，應(yīng)該及時調(diào)整AB液的初凝時間，一般加快至810s，并且加大注漿量。、即時注漿方式：即時時注漿是在每一環(huán)掘進完成后，從盾尾的管片注漿管實施的背填注漿，以盡量縮短尾部空隙的發(fā)生和盾尾填充時間，通過即時注漿，有利于控制注漿量的飽和，避免因主講不飽和造成地面沉降對壓力污水管的影響。、補充注漿方式：根據(jù)測量反饋數(shù)據(jù)及實際施工情況，采取在盾尾數(shù)環(huán)后的管片注漿孔進行二次（或多次）背填注漿，以控制滯后沉降，減輕隧道及壓力污水管道的防水壓力。3.5.2注漿壓力及注漿量注漿壓力一般指注入口

12、處的壓力，是由地基條件，水泥強度及盾構(gòu)形式和使用材料特性綜合決定其適當(dāng)量，保證能夠充分填充所需要的壓力，同時還要考慮管片強度、水壓、土壓本盾構(gòu)機采取兩套注漿系統(tǒng)注漿，一套進行盾尾同步注漿，一套進行襯砌（管片）壁后補注漿。注漿量爭取達(dá)到理論建筑空隙的130%180（即取注漿率=130%以上）：得：Q ×S×V= 130%×(/4)×(D12-D22)×1.5 =1.3×(3.14/4)×(6.262-62)×1.5=4.88m3/min 其中,Q-注漿設(shè)定量的范圍；S-盾尾空隙面積；D1-盾構(gòu)機外徑；D2-管片外徑根

13、據(jù)經(jīng)驗計算公式，注漿量取環(huán)行間隙理論體積的1.21.6倍，則要求每環(huán)（1.5m）注漿量Q=4.56 m3。為了保證對環(huán)向空隙的有效填充，同時又能確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞，根據(jù)計算和經(jīng)驗，注漿壓力取值為0.20.5Mpa。采用注漿壓力和注漿量的雙重指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)注漿達(dá)到設(shè)定值，注漿量達(dá)到設(shè)計值的85以上時，即可以認(rèn)為達(dá)到了質(zhì)量要求。 圖6 實際注漿量數(shù)據(jù)3.6監(jiān)測控制施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋對盾構(gòu)機過壓力污水管的掘進控制起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)該重點地面沉降監(jiān)測控制工作。地面沉降監(jiān)測點應(yīng)根據(jù)隧道通過的圍巖條件和壓力污水管情況來布置，一般來說，監(jiān)測范圍為：沿隧道中線方向每隔5米布設(shè)一個測

14、點，檢測范圍為前30m后50m；其中每隔20m布設(shè)一個監(jiān)測橫斷面，橫斷面方向測點間隔，一般為5米，在一個監(jiān)測斷面內(nèi)設(shè)值6個測點；外加隧道及污水管上方的建筑物沉降點。但由于盾構(gòu)隧道距離1800壓力污水管最近距離約為3m；其控制值為30mm，警戒值為24mm。在正常監(jiān)測范圍的前提下，應(yīng)該并加強監(jiān)測，監(jiān)測范圍覆蓋本區(qū)間隧道外向污水管方向5倍隧道深度的距離（約40米）內(nèi)的污水管，沿長度方向每5m布設(shè)一個監(jiān)測點。另外，還應(yīng)在污水管兩側(cè)（每隔5m）上方設(shè)置深度測孔直接監(jiān)測管線沉降，深度測孔用洛陽鏟人工挖孔，并埋下100鋼管，管外注漿填充。測管線時，每次在鋼管內(nèi)放入定長鋼筋，土體深度測點中，在鋼管內(nèi)固定打入一鋼筋至鋼管底部土體中約500mm，測量鋼筋頂部標(biāo)高，即可算出深層沉降。圖7 深度測孔示意圖深度測孔可預(yù)先布置一部分(每隔15m布置上圖所示的三個測孔)，通過監(jiān)測點與深度測孔的使用，形成更加準(zhǔn)確的管線沉降監(jiān)測，觀測方法、監(jiān)測儀器與地表隆陷觀測。盾構(gòu)掘進時，對刀盤正上方的管線，保持專人24小時連續(xù)監(jiān)測，并在一小時內(nèi)整理出數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)土體沉降超過警戒值后，可及時反饋中控室，通過加壓填充注漿來處理。圖8 盾構(gòu)機過壓力污水管時隧