成都典型泥巖地層管片上浮原因分析以及控制技術(shù)措施(韓濤)

1、 / 8成都典型泥巖地層管片上浮原因分析以及控制技術(shù)措施摘要：隨著盾構(gòu)法施工技術(shù)在我國城市地鐵的發(fā)展，使得盾構(gòu)法越來越多的要應(yīng)用到各種典型地層中，本文結(jié)合成都泥巖地層的特征,對(duì)控制成都地鐵典型泥巖地層盾構(gòu)施工中管片上浮這一難題進(jìn)行探討。關(guān)鍵字：盾構(gòu)施工；泥巖地層；注漿；管片上浮1 引言伴隨著盾構(gòu)施工在我國的興起，盾構(gòu)技術(shù)越來越成熟，被不斷的應(yīng)用到各種典型地層中，在眾多盾構(gòu)施工中，成型隧道的質(zhì)量是業(yè)主方、施工方、監(jiān)理方以及設(shè)計(jì)方等等多家單位一直關(guān)注的結(jié)果，直接關(guān)系到成型的隧道能否投入到地鐵運(yùn)營(yíng)當(dāng)中去以及人民的安全是否能有保障。成都典型的泥巖地層盾構(gòu)施工中，管片上浮直接導(dǎo)致管片大量錯(cuò)臺(tái)、破損甚至直

2、接影響到成型隧道線型的超限。成都地鐵3 號(hào)線一期工程主要是泥巖地層，部分標(biāo)段都存在管片在泥巖地層中上浮問題。管片上浮量在 010cm,導(dǎo)致管片連續(xù)錯(cuò)臺(tái)、破損，引起了 業(yè)主以及其他外界單位的高度重視。通過在實(shí)際施工中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)得出結(jié)論。、泥巖地層中產(chǎn)生上浮力的主要因素是同步注漿漿液和水。2、通過同步注漿和二次注漿相互配合控制管片上浮和防止管片上浮引起管片錯(cuò)臺(tái)破損是可行的。泥巖特征泥巖地層按風(fēng)化成度主要分為：全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖。1）全風(fēng)化泥巖：褐黃色、褐紅色、紫紅色夾灰白色，主要由粘土礦物組成，巖質(zhì)極軟，巖芯呈土柱狀，少量碎塊狀。本層沿線廣泛分布，發(fā)育厚度不均勻。層厚 0.50

3、4.60m,部分地段缺失該層。2）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：褐紅色、紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，巖質(zhì)軟，為極軟巖，巖芯碎塊手可折斷，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V類。層厚一般0.70 9.20m。（ 3）中等風(fēng)化泥巖：褐紅色、紫紅色，中厚層狀，泥質(zhì)或微鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)。巖芯多呈柱狀，少量呈碎塊狀，較完整，巖質(zhì)較軟，為極軟巖，錘擊易碎，部分地段軟弱夾層或差異風(fēng)化明顯，易風(fēng)化，遇水易軟化，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V類。厚度一般1.5014.10m。3泥巖地層控制管片上浮技術(shù)泥巖地層對(duì)盾構(gòu)施工的影響盾構(gòu)機(jī)在通過泥巖地層時(shí)，刀盤開挖直徑大于盾構(gòu)的直徑，泥巖地層滲透性差，自穩(wěn)能力強(qiáng)，盾構(gòu)機(jī)外側(cè)的土體與盾構(gòu)

4、機(jī)產(chǎn)生的摩擦力將會(huì)很小，盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)角變化快，刀盤前方的水以及一部分氣體將會(huì)由盾構(gòu)外側(cè)流通到拼裝完成的管片背后，影響盾構(gòu)施工的同步注漿質(zhì)量，管片背后空隙填充達(dá)不到飽滿，漿液中的水得不到滲透，在短時(shí)間內(nèi)漿液達(dá)不到凝固狀態(tài)，管片不能穩(wěn)定，導(dǎo)致管片上浮，錯(cuò)臺(tái)和破損。管片上浮分析通過施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)得出的結(jié)論。對(duì)上浮的管片頂部11 點(diǎn)鐘和 1 點(diǎn)鐘方向吊裝孔位置開孔檢查，發(fā)現(xiàn)成型管片壁后大部分是水或者空氣，因此管片脫離盾尾后，其壁后與土體間的間隙可能被各種液體包裹，也可能下部被各種液體包裹，上部只有少量的液體或者沒有，從而產(chǎn)生上浮力。這些主要的液體有：1）水盾構(gòu)在泥巖地層中掘進(jìn)時(shí)，泥巖滲透性差，自穩(wěn)性好

5、，當(dāng)土倉壓力大于盾體外側(cè)的壓力時(shí)，渣土改良中的大部分水和地層中的水可能沒有跟著渣土一起經(jīng)過螺旋機(jī)出去，而通過盾體與土體之間的間隙流到管片壁后，很容易形成浮力。對(duì)于剛脫離盾尾的管片,其壁后的盾尾間隙可能馬上會(huì)被游離態(tài)的水包裹，從而更容易形成水浮力。（ 2）注漿漿液當(dāng)管片脫離盾尾時(shí)，若同步注漿的漿液不能達(dá)到初凝和一定的早期強(qiáng)度。管片被包圍在壁后注漿的漿液中，從而比水形成更大的浮力。通過檢查可將盾構(gòu)管片上浮力分為“靜態(tài)上浮力”和 “動(dòng)態(tài)上浮力”。靜態(tài)上浮力是由泥漿、注漿漿液或者地下水包裹管片。造成局部管片浸泡在液態(tài)環(huán)境中。從而產(chǎn)生的上浮力，動(dòng)態(tài)上浮力是伴隨著盾尾管片壁后注漿的施工過程而產(chǎn)生的可能引起

6、管片上浮、局部錯(cuò)臺(tái)、開裂、壓碎或其他破壞形式的力，該力并不一定是真正意義上的浮力，它有可能是一集中力，也可能是分布力，有可能作用在管片環(huán)底部,也可能作用在管片環(huán)周圍任意注漿孔位置，因此本文不討論該力計(jì)算方法。3.2.1 靜態(tài)上浮力計(jì)算方法當(dāng)管片由地下水，注漿漿液包裹時(shí),由浮力定律,得管片環(huán)受到的上浮力為:F浮=兀R0rj式中：R0為管片外徑，rj 為漿液容重（考慮水浮力時(shí)即為水的容重，考慮漿液浮力時(shí)即為漿液容重 ）。22控制管片上浮技術(shù)措施經(jīng)過上述對(duì)管片上浮的分析，同步注漿和水乃是導(dǎo)致產(chǎn)生上浮力的關(guān)鍵因素，也是盾構(gòu)施工中不可缺少的一部分。既要滿足盾構(gòu)施工要求又要產(chǎn)生較小的上浮力是在泥巖地層施工

7、中的難點(diǎn)，因此通過二次注漿與同步注漿的配合使用達(dá)到施工質(zhì)量要求乃是本文的重點(diǎn)。3 1.同步注漿同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)、盾尾空隙形成的同時(shí)進(jìn)行，漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時(shí)填充。從而使周圍巖體及時(shí)獲得支撐，可有效地防止巖體的坍塌，控制地表的沉降。（一）同步注漿目的（ 1）盡早填充地層，減少地基沉陷量，保證周圍環(huán)境的安全性。（ 2）確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性和間隙的密實(shí)性。（ 3）作為襯砌防水的第一道防線，提供長(zhǎng)期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能。（ 4）作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層，使其具有耐久性和一定的強(qiáng)度。（二）同步注漿量注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎(chǔ)并結(jié)合地層、線路

8、及掘進(jìn)方式等考慮適當(dāng)?shù)娘枬M系數(shù),以保證達(dá)到充填密實(shí)的目的。根據(jù)施工實(shí)際,這里的飽滿系數(shù)包括由注漿壓力產(chǎn)生的壓密系數(shù)、取決于地質(zhì)情況的土質(zhì)系數(shù)、施工消耗系數(shù)、由掘進(jìn)方式產(chǎn)生的超挖系數(shù)等。一般主要考慮土質(zhì)系數(shù)和超挖系數(shù)。土質(zhì)系數(shù)取決于地層特征,一般取值為1.11.5。在完整性好、自穩(wěn)能力強(qiáng)的硬質(zhì)地層中,漿液不易滲透到襯砌周圍的土體中去 ,可取較小土質(zhì)系數(shù)甚至不用考慮。超挖系數(shù)是正常情況下盾尾建筑空隙的修正系數(shù) ,一般只在曲線段施工中產(chǎn)生（直線段盾構(gòu)機(jī)機(jī)體與隧道設(shè)計(jì)軸線有較大夾角時(shí)也會(huì)產(chǎn)生,其值一般較小可不予考慮）,其具體數(shù)值可通過計(jì)算得出。以上飽滿系數(shù)在考慮時(shí)需累計(jì)。同步注漿量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式:Q=V

9、-入V:填充體積（盾構(gòu)施工引起的空隙）卜注入率V=K （D-d） L/4D:刀盤外徑d:管片外徑L:管片長(zhǎng)度（三）同步注漿速度與注漿壓力注漿速度要根據(jù)盾構(gòu)司機(jī)的掘進(jìn)速度來控制注漿速度，使?jié){液均勻的注入到管片壁后，注漿壓力控制在1bar 3bar。盡量避免產(chǎn)生動(dòng)態(tài)上浮力。（四）漿液配合比同步注漿漿液配合比（kg/m）材料用量初凝時(shí)間水泥150 沙子550 膨潤(rùn)土300 / 8小于 5h 粉煤灰100 水450 減水劑2322（五）同步注漿關(guān)鍵技術(shù)措施序號(hào) 123 事項(xiàng)注漿量注漿壓力注漿速度范圍論值135%1bar3bar根據(jù)掘進(jìn)速度而定，推進(jìn)完漿液注完備注特殊情況除外定期清洗壓力傳感器，保證壓力

10、準(zhǔn)確性盡量保證上下左右四路同時(shí)注漿，盡量保證均勻注漿3 2.二次注漿 / 8二次注漿主要采用雙液型漿液進(jìn)行注漿，分 A液（水泥+水）和B液（水玻 璃 +水）通過二次注漿泵將漿液通過管片吊裝孔注入到管片壁后，施工中以鐘表點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，注漿點(diǎn)位在3 點(diǎn)、 9 點(diǎn)之間（含3 點(diǎn)、 9 點(diǎn)）的范圍內(nèi)。（一）二次注漿目的（ 1）防止同步漿液不飽滿，導(dǎo)致上部管片壁后空隙大，下部漿液產(chǎn)生浮 力。（ 2）固定管片，防止管片因靜態(tài)浮力而變動(dòng)，解決靜態(tài)浮力引起的管片上 浮以及錯(cuò)臺(tái)。（ 3）形成止?jié){環(huán)，將漿液、水?dāng)嚅_，減少靜態(tài)浮力。（ 4）分解同步注漿產(chǎn)生的上浮力。（二）二次注漿的注漿量和壓力二次注漿壓力是注漿量的決定

11、因素，二次注漿壓力主要考慮盾構(gòu)管片拼裝完后，螺栓連接處所能承受的最小破環(huán)壓力來定，一般壓力不超過5bar,根據(jù)二次注漿壓力控制注漿量。（三）注漿漿液配合比二次注漿漿液配合比材料配合比初凝時(shí)間水泥1： 11： 1小于 20s水水玻璃1： 1水(四)二次注漿關(guān)鍵技術(shù)措施根據(jù)盾構(gòu)功法的特點(diǎn)，二次注漿作為配合同步注漿控制管片上浮、錯(cuò)臺(tái)以及破損，其主要控制技術(shù)措施有：(1)、二次注漿應(yīng)緊跟同步注漿，防止拖后距離過長(zhǎng)，不能達(dá)到預(yù)期效果；(2)、注漿孔應(yīng)該盡量設(shè)置在拱頂3 點(diǎn)、 9 點(diǎn)范圍內(nèi)，以便更好的固定管片環(huán)和阻擋頂部水流通道；(3)、注漿孔位宜設(shè)置在盾尾后3 環(huán)處(是具體設(shè)備情況確定)；(4)、漿液的凝結(jié)時(shí)間應(yīng)控制在20s以內(nèi)；(5)、注漿時(shí)控制好注漿壓力和注漿量；(6)、二次注漿要