盾构穿越xx的工法及保护措施

盾构穿越xx的工法及保护措施

1工程概况

xx地铁三号线xx站至xx站盾构区间工程,为左、右线内径为5400mm的圆形隧道,包括xx新城站至xx站、xx站至xx站两个区间,采用盾构法施工,单台盾构机将两次穿越xx。

本工程北起xx站南端(里程桩YDK4+136.15),南至xx站北端(里程桩YDK5+429.2),左右线各一台盾构机先后从xx站始发,中间空载过xx站,最后到达xx站。xx站至xx站单线长度为1292.35m,xx站至xx站单线长度为1040.8m,即单线总长为2333.15m,双线总长为4666.30m。

盾构过江所遇到的地层为:全风化~中风化夹杂综合岩带⑥～⑧,中风化带⑧及微风化带⑨,详见表1所示。2盾构机主要特点

本工程采用德国海瑞克公司生产的土压平衡盾构机S181和S182(型号)进行施工。每台盾构机的刀盘上均布置了中心滚刀6把、正面滚刀和边缘滚刀13把、正面刮刀64把、边刮刀32把。刀盘开口率为28%。盾构机的最大总推力为34210kN,刀盘转速为0～6.1rpm。采用螺旋机、皮带机出渣和电瓶车泥斗水平运输、龙门吊垂直提升的方式出土。在盾构机螺旋出土机的出口处设置安全闸阀,防止xx水突然涌入盾构机。

盾构机过江掘进模式与参数选择详见表2。3盾构过江施工难点及解决措施3.1地下水过大问题

S181盾构机(右线)于2004年5月15日开始穿越北xx段时,当时发现地下水较大。地下水与盾构机密封仓内的渣土搅拌合成很稀的泥浆水,从盾构机的螺旋机出土口喷出并掉落在盾构机底部(盾尾处),需花很长时间由人工进行清理,严重影响正常拼装管片。为了克服该困难,在掘进过程中采取了以下措施使问题基本得到解决:

(1)进行二次双液补压浆,减少后方管片外侧空隙地下水进入开挖面的可能;

(2)盾构掘进前,往土仓里面加气,把土仓里面的水从螺旋机出土口处逼出来;

(3)同时加大了注入发泡剂和PL(水溶性聚胺脂)等办法。3.2“结泥饼”现象的处理

为了提高盾构机的掘进速度,在地下水很大的情况下,进行了诸如调整盾构掘进模式(硬土和软土)及掘进参数等的各种尝试,但是,盾构机掘进速度仍然没有明显提高。根据以往经验,这是不正常的。通过仔细检查喷出的泥浆,发现其粘性很强而固体颗粒极少,跟原状岩石相差太远。推断可能是盾构机刀盘结泥饼,造成盾构机掘进缓慢。但这种推断必须待打开盾构机密封仓进行检查后,才能得到证实。为此,待缓慢推进到地下水减少时,停机打开密封仓检查发现,盾构刀盘中央部分被坚硬的“泥饼”堵塞;几把滚刀前沿圆弧已被磨平约5mm,呈“割线”状,说明滚刀不转动。通过采取以下措施解决并减少了该现象:

(1)采取多次正、反转刀盘及人工进仓清除刀盘上堵塞的“泥饼”。

(2)拆除刀盘上磨损的滚刀和刮刀,更换新刀。刀盘清理和刀具更换后,推进速度明显提高(10～20mm/min),说明清理刀盘和更换刀具是有效的。

(3)采用土压平衡方式掘进,严格控制出土量,土仓内压力的加入量保持在1.8bar左右,增加泡沫剂,改善土体的流动性,减少了刀盘结泥饼现象。

(4)在开挖面稳定的前提下,人工进入土舱清洗刀盘上面的泥饼。3.3喷涌事件的处理

盾构机从xx下穿越时,四次发生开挖面喷涌事件。四次喷涌事件中,都有大量的水及砂从盾构机螺旋出土机涌出,盾构机密封仓内的水压力最高达到2.2kg/cm2左右,表明盾构开挖面已经在某种程度上与xx河底的砂层穿通(即冒顶)。其中,两处喷涌事件中,有许多花岗岩石块从盾构机螺旋机出土口中出来。喷涌发生后,立即把螺旋机出口安全闸阀关闭,然后把盾构密封仓的土压力迅速提高至2.0kg/cm2左右,保证了盾构开挖面的安全。但是,盾构机推进的速度则变得非常缓慢(刀盘扭矩几乎处于满负荷状态),因此,在工作中采取了以下办法,基本控制了再次喷涌的发生:

(1)采用土压平衡模式掘进,关闭螺旋输送器及出土口,提高土仓内的土压及推进速度。

(2)在土仓中添加聚合物,改善渣土性状,减小水的流动性。

(3)同步注浆时,加入速凝剂,加快管片周围土体的固结,减小管片的沉降量。

(4)提前采用气压平衡模式掘进,严密监视和分析渣土成分,及时判断地质情况并根据掘进情况及时调整掘进参数。3.4江底塌方预防及处理措施

盾构机掘进过程中,假如一旦发生塌方事故,可以采取以下技术措施进行处理:

(1)盾构机掘进时,关闭螺旋机输送器,停止出土,保持土仓土压力,防止塌方继续扩大。

(2)加大注浆量,并保证注浆压力在1.5～2.0bar,加固塌方区,确认塌方己停止后,盾构机尽快通过塌方区。

(3)如果塌方区扩大并与地表江水连通,首先找到地表连通处,抛掷沙包堵水,然后再加固处理。3.5铰接密封及盾尾漏水的处理措施

(1)如绞接密封漏水,首先调整绞接油缸行程及盾构机姿态,必要时启用紧急密封。

(2)盾尾严重漏水时,在盾尾刷加注油脂止水。

(3)及时进行二次双液注浆,并加入速凝剂,加快管片周围水土体的固结,阻止盾体后部的水流向土仓。

(4)加强盾构机掘进姿态控制,避免大幅度的调整盾构机姿态,每环盾构机姿态调整控制在±6mm以内,减小铰接油缸长度差,尽量将长度差控制在30mm以内。4总结

(1)涌入盾构开挖面的地下水量很大,是事前难以估量的,客观上对盾构施工造成了较大的难度,也是影响盾构施工进度的主要原因。笔者认为可以从以下途径寻求有效的解决办法:

①加大盾构机刀盘扭矩并合理配置刀具,使切削下来的渣土呈碎块状的占绝大多数。这样,渣土流动性不至于太大,不容易发生喷涌现象。因此,建议在类似地层条件下,刀盘扭矩值可大于500t.m。

②尽量提高盾构机掘进速度。如本工程中,按实际地下水量为1000m3/天计算,只要盾构机掘进速度达到30～50mm/min,就可以大大降低渣土中水的比例,改善出土状态。

③出土螺旋机设置螺旋芯轴。

④前面三者相结合,则可以在出土螺旋内形成“泥浆塞”,起到抑制喷涌的效果。

⑤去掉出土皮带机,把螺旋出土机加长,使其出土口伸至泥斗车的上方,具体须在盾构机设计时作全面考虑。

⑥对于粘性强的地层,尤其是在稳定性比较好的岩层中,除合理配置刀具以外,刀盘开口率也应适当增大。类似本工程的岩层中,建议开口率不小于30%～40%。

(2)土压平衡盾构最终安全穿越xx,证明防淹闸阀是有效的安全措施。

(3)由于缺乏可以对xx河床进行精细变形观测的手段,因此xx下所发生的喷涌事件都具有突然性,难以事前预料,对此,须有充分认识。

盾构过xx施工是本盾