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圆砾泥岩复合地层盾构掘进控制技术探讨

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圆砾泥岩复合地层盾构掘进 控制技术探讨 夏杰 ,徐润泽 ,乔书光。,张绍辉。 (1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201 804; 2.中国铁建大桥工程局集团有限公司, 天津300302; 3.南宁轨道交通集团有限责任公司,广西南宁530021) 摘要:结合南宁地铁1号线火朝区间和朝新区间 砂层、粉质黏土层、圆砾层、泥岩层、粉砂岩层,隧道 盾构隧道施工情况,对圆砾泥岩复合地层中土压平 衡盾构掘进施工控制技术进行探讨。明确在此类地 层中盾构掘进施工面, 的问题,包括盾构掘进功效 穿越范围以圆砾层为主,全断面圆砾层长度占区间总长 度的50%~80%,隧道施工采用2台土压平衡盾构机施 工。本文着重探讨圆砾泥岩复合地层中土压平衡盾构掘 进施工重点、施工技术和辅助措施。 不佳、掘进面稳定性难以控制和施工对地表沉降及 周边环境影响大,继而从掘进参数优化、渣土改良 优化、壁后注浆优化、建筑物保护等方面提出土压 平衡盾构穿越圆砾泥岩复合地层的成套掘进施工控 制技术。 2圆砾泥岩复合地层施工面临的问题 2.1 盾构掘进功效不佳 (1)掘进速度。火车站站~朝阳广场站一新民路 站区问平均日掘进10.5 m(7环/天),盾构隧道主要穿 越断面为全断面圆砾层和圆砾泥岩复合地层。圆砾层土 体松散、软弱,利于盾构掘进,掘进速度较快,实际施 工中最高日掘进24 m(16环/天)。泥岩层土体密实、 关键词:地铁;圆砾泥岩复合地层;土压平衡盾 构;掘进控制技术 中图分类号:U455.43 1 概述 盾构施工技术作为城市地铁建设的主要施工方法, 具有开挖速度快、劳动强度低和环境影响小等优点。圆 砾地层土压平衡盾构掘进施工由于缺少相关研究,圆砾 较硬且黏性大,容易引起盾构刀盘结泥饼和前仓排渣口 堵塞等一系列问题,影响掘进速度。在圆砾泥岩复合地 层掘进时,由于2种地层对渣土改良要求的矛盾,必须 在不断调整中找到适宜的平衡点。 (2)刀盘磨损严重。在圆砾地层中进行盾构掘 地层中的施工过于依赖经验,风险大大增加。圆砾地层 土压平衡盾构掘进施工面临多种难题,如难以实现开 挖面士压力的动态平衡,盾构机及螺旋输送机扭矩过 大, 具异常磨损且磨损过快,以及地表易发生较大 进,由于圆砾石强度较高,撕裂刀和滚刀的破损情况较 为严重(图1),其余刀具只是少量的磨损,因此,应 提前做好刀具破损的防范措施,防止破损严重时出现掘 不动、偏离轴线等情况。 (3)渣土改良不佳。盾构始发进入土体之后,按 沉降等。 南宁地铁1号线火车站站一朝阳广场站区问和朝阳 广场站一新民路站区间隧道穿越地层包括中粗砂层、砾 照常规方案进行渣土改良,添加剂仅为膨润土,渣土改 良后的土体流行性不好。 作者简介:夏杰(1 9g4一),男,硕士研究生 32 MODERNURBAN TRANSIT 1 12017坝代堀市轫值交厘 舔遥露氡势%舞瓣黝{ 载霹掰 a均匀磨损 b偏屠 图1盾构刀盘刀具磨损 2 2 进 稳定啦以悴删 …砾 小 变化较人,扎隙较多,透水性慢. .诬水, 全 投渣十改 泥浆跑浆夫效,J}:挖嘶稳定性 } 降。川 汁t浆lfl l汁浆I佝浆液流失,m啊,也使得江 浆 秆 浆 啦以 、 砾 虽然jH1有‘定的[j稳 悱,『}I 受到扰功II,j‘ …观炎然的埘塌,使得"挖 火也f L1j 增Lil l2.3地 降 J州边环境影响人 IfI r…砾 埘 的特忡. 阳砾 介地J : ・fI J、 ・F  r父 j ’沟扎4世过f 巾rjl世的地友 ) 降I1:1题 J 佃埘世施rf』l世地 降的卜嘤 包折: 』瓶前,J t /J小 #r 『li/J.川步 f:浆城1 或 次沌浆不及 时: bU烁地 tl『'牛 稳定 哑 拧 、 汁 浆效 较难 ii 蜘施l 过雠r 能|jl起较人的地 降: rf:跑浆情况I 牛赫性!较高的f , 黏营 l: 缃 。 c ,fI; 背{ 象,甘敛较人的地 火 ,返lIJ‘能引挺较/ 的地lm沉降 3盾构掘进控制技术 3.1 掘进控制参数 川i 身:过 砾 技 J 段, 佝 进的 1 ,J维竹 I.4~1.6 ba r, J盛转述设定为1.5~ 2 0 1‘pm/n3iI1,州世述J ̄ 'lJ IL制 3()~40 nlin/min, 恨}1 黎穗 H{ i畅 I'if l_l /J f 【 。 《址述f J 10 JH 『1 . … 渣情 、 黼 肢 餐念 4:Jl父 数址i J f 构讪l 世f :J 仑… Li t 55 nl , 场十l{ LJ-i ̄J 化 白:将… 计 制 1 52~55 nl 。… 圳按 ! f 1 J ̄f,il45 t fII怀 系统{夺 , 10 ClYl为{ 圳线, f j1:{J 进… { Ihf J n韵: 系统1=j I jf J之,f咖f  l0 沦…淤 圳 世 数 夫1昕爪 表1盾构掘进参数表 3.2渣I 改良优化 I 2书IQ } 改良试验 , 纠淤f 政【 III J] ̄Jil’q 干¨池沐的禽川 :人比, 结 现场试验《If油t 收 提… fI 1『J‘棠: 添}J【l齐_]为0彭 J l 也沐芹『J,J】彭 I j /t J 2.0~3.5 111’,泡沐弃IJ,:f水川÷ 30~35 L: I U ft址添nU利为膨汀q 于II泡沐刺,fr 膨 i'4 Lf吐水川 1.5 ~2.5 111、,泡沫利 水川 20~25 L 按照/J’棠 址 叫‘发观I f小的流动 啦&r, J 捌世… , , 址,f 螺旋输送机 ¨H 5全发 卜 f 喷 , 致 抽 , l』1:嘤世仃K时川的冲洗、 州、按 ,J‘棠 , f小 泡 _I^、儿=”” 图2膨润土基泥浆+泡沫改良土体试验结果 坝代瑚市轫道交通 f 12017 MODERNURBAN TRANSIT 33 流动性较方案①差,但能够满足盾构正常掘进,且渣土 不会发生喷洒。 3.3壁后注浆优化 在同步注浆泵出浆口处安装1个三通,2个口为同 步注浆用,1个121为二次补强注浆用。具体操作为,在 盾构掘进时,二次注浆口关闭,只进行同步注浆,当发 生出渣超量或者同步注浆量不足时,标记相应位置,到 达盾尾外第1环管片处时进行二次注浆。同步注浆采用 水泥砂浆,砂浆强度不小于1 MPa。同步注浆示意图如 图3所示,同步注浆浆液配比如表2所示。 盾尾壳体 盾尾前腔油脂 图3同步注浆示意图 表2同步注浆浆液优化配比 3.4周边建筑物保护 为减小盾构穿越对建筑物的影响,采取了3方面 措施。 (1)不断调整优化掘进参数,提高姿态控制水 平,根据前期现场经验预测对建筑物的影响。 (2)区间盾构掘进施工前对地表、沿线建(构) 筑物、沿线管线等布设监测点,施工过程中对地表、沿 线建筑物、沿线管线监测点进行监测、分析,确保周边 地表、建(构)筑物安全。 (3)对于重要建筑物采取辅助保护措施,包括 采用 108 mm钢管桩和冠梁,形成桩间距750 mm、 排间距600 mm的隔断保护,采用qM8 mm袖阀管、 间距l 000 mm梅花型布置进行地基加固,或采用 600 mm、问距450 nlm旋喷桩加固。 通过采取以上措施,盾构掘进期间,建筑物、地 表及管线沉降都未超过预警值,整体处于可控状态。其 34 MODERNURBAN TRANSIT 1 12017坝代地市轨膻交爝 中,朝阳广场站一新民路站区间左线距离南环立交桥桩 基础最小距离4.5 m,盾构掘进期间桥桩基础最大累计 沉降一4 arm;区间左线距离“丽原天际”基础最小距离 9 m,盾构掘进期间最大累计沉降-4 mm;盾构掘进期 间管线最大累计沉降一7.O1 mm,78号建筑物最大累计 沉降一6.44 mm,地表最大累计沉降一15.8 mm。 3.5提高管片拼装质量 管片拼装质量是决定隧道质量的重要一环,在圆砾 泥岩复合地层中施工应做到如下几点。 (1)严格按规范和设计要求正确安装管片防水材 料。粘接剂涂刷要均匀饱满,防水橡胶条和软木衬垫粘 贴要平整牢固,腻子片嵌贴要严密稳固,位置准确,不 得有起鼓、超长和缺口现象;螺栓衬垫要严密,不得有 裂隙。 (2)加强管片运输过程中的保护。采用专用运输 车运输,确保管片在运输和吊运途中不受损或毁坏。管 片在生产厂的堆放高度不超过6层,管片在施工现场的 堆放高度不超过4层,管片在运输途中的堆放高度不超 过3层。 (3)规范管片安装操作。拼装时先底部就位,然 后自下而上左右交叉安装,每环相邻管片均布摆匀并控 制环面平整度和封口尺寸,最后插入封顶管片。 (4)严格进行管片螺栓复紧。连接螺栓逐步初步 拧紧,脱出盾尾后复紧。当后续盾构掘进至每环管片拼 装前,对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检 查并复紧。 (5)在掘进中,及时掌握盾构机的方向和位置, 严格对盾构机进行姿态控制,保证实际轴线同设计轴线 的偏差量小于50 mm。盾构推进中,测量在每环拼装后 进行,作到勤测勤纠,避免误差积累,对轴线一次纠偏 量不大于4 mm。隧道衬砌每循环都要测量盾尾间隙, 及时纠偏,以保证隧道轴线的准确性。 4结束语 在圆砾泥岩复合地层中进行土压平衡盾构掘进施工 时,主要应该关注掘进功效、掘进面稳定性和减小施工 对环境的影响3个方面的问题,并在设计和施工中采取 应对措施;盾构穿越圆砾泥岩复合地层时,可以通过掘 进参数优化、渣土改良优化、壁后注浆优化、建筑物保 护以及提高管片拼装质量综合控制掘进施工质量。 参考文献 [1]蒋胜光,张子新.圆砾地层双线盾构施工参数及沉降 特征分析[J].地下空间与工程学报,2015(增2). [2】姜厚停,闰鑫,龚秋明.土压平衡盾构施工中泡沫改 良圆砾地层试验研究fJ].现代隧道技术,2008(增1). Discussion on Control Technology of Shield Tunneling in Round Gravel and Mudstone Composite Stratum Xia Jie,Xu Runze,Qiao Shuguang,et al Abstract:The paper takes the shield tunnel construction between the sections of the Huochao and Chaoxin of Nanning metro line l case as a case study,and discusses the construction control technology of earth pressure balance [3]黄清飞.砂卵石地层盾构刀盘刀具与土相互作用及其 选型设计研究【D].北京:北京交通大学,2010. (EPB)shield tunneling of round grave1 and mudstone composite stratum.It points out clearly shield tunneling construction problems in such composite stratum,including poor eficacy of fshield tunneling,difficult control of the excavation face stability of shield tunneling and the big impact of construction on the ground surface settlement and the surrounding environment.Therefore,the construction contro1 technology ofearth pressure balance shield tunrleling passing the round gravel and mudstone composite stratum is discussed from aspects of the optimization of unnelitng [4]张明富,袁大军,黄清飞,等.砂卵石地层盾构刀具 动态磨损分析[J].岩石力学与工程学报,2008,27 (2). [5】滕丽,张桓.盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏 观分析[J].岩土力学,2012,33(4). 收稿日期20I6-08—29 parameters,muck improvement,slurry optimization after grouting behind the walls,and protection of structures. Keywords:metro.round gravel and mudstone composite stratum,EPB shield,tunneling control technology 责任编辑朱开明 (上接第31页) 参考文献 [1】潘云,潘建刚,宫辉力,等.天津市区地下水开采与地 表沉降关系研究[J].地球与环境,2004,32(2):36-39. 地表沉降影响的有限元分析[J].建筑科学,2011,27 (9):37.40. [9]李培妍,宋富贵,宫全美,等.高承压水条件下地 铁深基坑减压降水研究[J1.华东交通大学学报, 2012,29(4):40—45. [2】张双凤,孙晴,张小涛.邯郸地形变与地下水位动态相 互关系研究[J].西北地震学报,2009,31(4):367—373. 收稿E1期2016—11一l6 责任编辑朱开明 Calculation Method of Area Settlement Caused Riverside Underground Water Level Changes [3】胡卸文,宋大各,王帅雁,等.京沪高铁沿线某地地 下水开采与地表沉降关系分析[J]_岩石力学与工程 学报,201l,30(9):1738—1748. 【4]施小清,冯志祥,姚炳奎,等.苏锡常地区深层地 下水禁采后土层变形特征分析[J].第四纪研究, 20l4,34(5):1062—1071. Zhang Bailin,Ji Chang,Jin Hua Abstract:The Paper makes Iong.term monitoring of the underground water level and lnd asubsidence in the riverside area.considering the time effect of soil deformation and difrerent characteristics of soil deformation.Based on the Terzaghi theory,the segmentation independent algorithm is proposed,and the calculation program for the soil total stress settlement and elastoplastic deformation is [5]黄健民,邓雄文,胡让全.广州金沙洲岩溶区地下水 位变化与地表塌陷及地表沉降关系探讨[J】.中国地 质,2015,42(1):300-307. [6]贾莹媛,黄张裕,张蒙,等.含水组地下水位变化 对地表沉降影响的多元回归分析与预测fJ].工程勘 察,2013(1):77.80. developed.In the fina1 part of the paper the calculation results are compared with the measured results,showing a higher degree of agreement.The underground water in riverside area is positively correlated with the soil surface subsidence.while water level rise has 1agged features on the impact of soil surface deformmion.The Iagged fe:atures and characteristics of clay layer are related. [7]骆祖江,黄小锐.区域地下水开采与地表沉降控制 三维全耦合数值模拟[JJ.水动力学研究与进展, 2009,24(5):566—574. 【8】曹书文,杨璐,孔涛涛,等.基坑降水对支护结构和 Keywords:riverside area,underground water level,area subsidence calculation method 珈代堪市轫厦交厦,12017 MODERNURBANTRANSIT 35 

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