富水砂砾卵石地层泥水盾构始发施工技术

摘 要：该文主要介绍了富水砂砾卵石地层泥水平衡盾构采用端头降水、延长洞门、直接切削竖井维护结构的玻璃纤维筋桩始发掘进的施工技术，希望能够为以后类似施工提供参考依据。

关键词：泥水盾构 富水砂砾卵石地层 始发

中图分类号：TU96 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0020-02

1 工程概况

某盾构隧道穿越地层主要为卵石地层，饱和，中密为主，含薄层细砂，卵石主要成份为花岗岩、闪长岩和石英岩，以亚圆形为主，分选性好。直径20～200 mm卵石含量约占55%～80%，粒径一般以30～70 mm为主，部分粒径80～120 mm，含少量漂石，最大粒径达670 mm，卵石以弱风化为主。充填物以砂、中砂为主，含量约10%～35%。

1.1 始发段地质

始发隧道穿越地层从上向下为1.9 m细砂层、1.4 m稍密卵石层、2.3 m密实卵石层以及0.4 m粉砂层。始发线路位于曲线为R=3000 m的上坡，平面直线，埋深7.7 m。

1.2 水文地质

本工程地下水主要为第四系松散堆积砂砾卵石层孔隙潜水，富水性较好，透水性强，且潜水具有交替循环强烈，水位恢复迅速的特点。地下水位3.8～6.8 m，丰水期地下水位正常埋深约3 m，历史最高水位2 m，水位年变幅约为1～2.5 m。

1.3 始发段情况

盾构井围护结构采用Φ1200@1400人工挖孔钢筋混凝土灌注桩为围护结构；盾构隧道开挖范围内的5根围护桩桩体采用Φ25 mm的玻璃纤维筋代替钢筋。

2 泥水盾构始发施工技术

2.1 盾构始发概述

一般的盾构始发主要内容包括：端头加固、安装盾构机始发基座、盾构机就位、组装、洞门凿除及洞门延伸、安装洞门密封帘布橡胶板、安装反力架、拼装负环管片、盾构机试运转，盾构机加压贯入作业面和试掘进等。

2.2 泥水盾构始发施工技术概述

在富水卵石地层中采用泥水盾构施工，该地层在失水的情况下有很好的骨架效应，稳定性好，结合维护井玻璃纤维筋的可切削性，综合考虑了泥水平衡盾构掘进必须要密闭保压才能出碴的施工特性，特制定以下辅助始发方案：端头降水、地面混凝土保压盖板、延长洞门保压直接切削玻璃纤维筋桩掘进的始发施工技术。

2.2.1 端头降水

根据地质条件、周边环境以及车站开挖后现场实际情况，始发前对端头进行降水固结土体，降水深度为隧道以下1米，降水后利用观测井观察降水效果。根据计算，端头降水采用2口降水井。

2.2.2 地面混凝土保压板

本标段的盾构隧道埋深不足8 m，且要在开始施工时就要保压掘进，始发段地层比较差，结合盾构组装的需要，将盾构始发段的地面采用厚200 mm，Φ20 mm@200×200 mm的双层钢筋网混凝土，面积25 m宽×12 m长。

2.2.3 延长洞门及洞门密封

泥水盾构始发必须建立起泥水压力平衡，盾构机的刀盘全部及前体的一部分进入安装的洞门密封中，而预留洞门长度不够，因此在混凝土洞门外加钢洞门环，即延长洞门，确保盾构机泥水压力建立顺利始发。延长洞门为两道特制的盾尾密封刷和一道普通的帘布橡胶板焊接在10 mm厚卷制的圆形钢板。

根据延长洞门长度（700 mm）、刀盘厚度（800 mm）、竖井主体结构体的厚度（800 mm）、延长洞门内的盾尾刷及帘布橡胶板压倒后的长度等，综合考虑一定的余量后，为确保盾构始发施工的安全，顺利建立起泥水压力，需要人工凿除部分洞门，凿除长度不小于500 mm。

2.2.4 始发基座安装

盾构机组装前，依据隧道设计轴线、洞门位置及盾构机的尺寸，反推出始发基座的空间位置。基座吊入井下定位加固结实，轨道按实测洞门中心居中放置。

2.2.5 盾构机组装、调试

盾构机组装顺序为：4号拖车3号拖车2号拖车1号拖车连接桥中体前体刀盘管片安装机盾尾。

盾构机组装完成后需要调试，空载调试主要是检查设备是否能正常运转。注意调试泥水分离系统的各种设备及控制是否正常。

2.2.6 反力架安装

反力架是提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度。根据设计的洞门长度700 mm，车站端墙为800 mm厚以及7环负环管片为和1环0环管片，确定反力架前端中心里程。

2.2.7 负环管片安装

在安装第一环负环管片时，首先在盾构机盾尾盾壳下半圆内部安设4～8根厚度75 mm，宽度50 mm，长度2000 mm的硬质方钢，等盾构机开始推进有反力时，将其拆除。

负环管片采用标准环并错缝拼装以防止管片失圆，-7环管片封顶块位置定为11：00（封顶块向左偏移18°）。-7～-1环管片只粘贴丁腈软木橡胶板和软木衬垫，从0环开始正常使用防水材料。

2.2.8 盾构正式掘进

（1）盾构机负载调试

盾构机正式推进前需要进行负载调试，以检查盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

（2）泥水压力设定

设定泥水压P=土压（含水压）P0+加压+余裕压

根据计算，初步设定泥水压力为0.12 MPa；根据现场具体施工情况进行调节。

（3）泥浆性能

泥水配比：膨润土：CMC：纯碱：水=28：0.27：1.8：100；上述配比为指导性配比，根据现场的具体施工情况进行调节。

泥浆的比重控制在1.12±0.05 kg/m3；漏斗粘度ν=25～35sec；析水率XS

（4）推进速度

始发时推进速度控制在20 mm/min以内，在盾构机脱离盾构井端头区后可逐步提高到40 mm/min以内。

（5）推进控制

盾构轴线偏离设计轴线不大于±50 mm，地面隆陷控制在+10 mm～-30 mm。

在始发掘进，严格控制盾构机的各组油缸压力不大于50 bar，盾构机总推力小于1200T，刀盘扭矩小于90 bar。

（6）同步注浆

①注浆压力一般控制在2～3 bar。

②注浆量

理论注浆量：V=π×[（6.28÷2）×2-（6÷2）×2]×1.5=4.05 m3；

实际的注浆量为理论建筑空隙的130%～180%，即为5.26～7.29 m3。

在同步注浆的过程中，设定额定的注浆压力，当注浆过程中注浆压力达到设定值或注浆量达到理论注浆量的85%以上时，即可认为同步注浆完成。

③注浆材料

采用水泥、粉煤灰、砂子、膨润土按一定比例配成浆液作为同步注浆材料，可根据现场施工的实际情况调整配合比和注浆压力。

④同步注浆方法

同步注浆与盾构掘进同时进行，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆。

（7）二次注浆

施工时根据地表沉降监测反馈信息，结合洞内采用其他手段探测管片衬砌背后有无空洞的方法，综合判断是否需要进行二次注浆。

①注浆材料、浆液配比及性能

二次注浆采用水泥水玻璃双液浆，能对同步注浆起到进一步补充和加强作用。同时也是对管片周围的地层起到充填和加固作用。

②注浆压力

二次注浆压力一般控制在0.2～0.4 Mpa。

③注浆结束标准

二次注浆一般情况下则以压力控制，达到设计注浆压力则结束注浆，视注浆效果可再次进行注浆。

（8）始发阶段出渣及材料运输

始发阶段预留孔洞作为管片、材料上下的通道，垂直运输采用16T门吊进行；水平运输采用电瓶车牵引一节7立方的砂浆车和两节多功能轨道平板车进行，渣土采用两根Φ300 mm的管路输送，然后采用泥水分离站对高密度泥浆分离，分离出来的泥浆循环重复利用。

（9）盾构隧道管线布置

隧道右方灯架，照明电缆、电话线路和照明灯具固定在上面，动力电缆布置在灯架下方，5根Φ100的管路在下方，排污管路（1根）、循环水管（2根）、高压风管（2根），每隔3米用吊架固定。隧道左方布置进排泥水管路、人行通道等，其中进排泥水管采用Φ300 mm的耐磨钢管，人行踏板采用0.45×3 m的防滑踏板；在隧道的线路左侧布置着1000 mm拉链式帆布通风管，每隔3米用吊架固定在隧道的正上方。

（10）其他

循环水池布置在地铁车站最底层两条隧道中间两排构造柱之间的空地中；隧道内和地面的废水在地面经过三级沉淀达标后直接排放。

3 结语

本工程采用端头降水、混凝土抗压板、延长洞门直接切削玻璃纤维筋桩成功始发，取得了一些的经验和教训。

（1）由于盾构在始发台上不能调向，且始发后盾构机出现“扣头”，所以盾构始发台在定位时要比隧道轴线高20 mm。

（2）由于隧道范围内的维护桩在施工过程中有钢筋进入了隧道范围，导致钢筋与卵石绞裹在一起堵塞了排碴口，以后施工要严格控制玻璃纤维筋和钢筋的使用范围。

（3）延长洞门可以考虑长度加长到1200 mm左右，这样就不需要人工凿出部分洞门，但是对钢板的要求就比较高，密封油脂消耗的数量将增加。

（4）砂卵石地层渗透性大，地层密实度不均，难以保持泥水压力的平衡；理论计算泥水压力在1.8bar时可以实现水土压力平衡，而实际掘进中有时泥水压力在0.8bar左右地面就开始冒浆。

（5）泥水盾构直接切削玻璃纤维筋时，掘削的玻璃纤维筋碎屑漂浮在泥浆上方聚集在出浆泵口堵塞出浆泵，通过定期的反循环冲洗出浆泵，顺利的将其输送走。

参考文献

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