发布时间 : 星期日 文章盾构施工方案更新完毕开始阅读939bb4b3a200a6c30c22590102020740bf1ecdf2
6.2 正常掘进与主要施工工艺
6.2.1 掘进模式的选择
土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，必须根据不同的地质条件选择不同的掘进工况。盾构区间隧道穿越的地层软硬不均、复合交互地质变化频繁，因此盾构机在全程推进过程中交叉使用土压平衡模式敞开式、半敞开式。通过试验段的掘进选定了六个施工管理指标来进行掘进控制管理：
a、上部土仓压力0.08MP～0.12MP； b、推进速度:20～30mm/min；； c、总推力10000KN～15000KN；； d、排土量50m3～52m3；
e、刀盘转速：1.0～1.2rp/min； f、扭矩：1500KNm～2500KNm； g、注浆压力：0.28～0.35MP； h、注浆量：6.6～7.3m3； 其中土仓压力是主要的管理指标。 1、土压平衡模式
（1）土压平衡模式的实现
土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。
（2）土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式：
1）通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。
2）通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。
掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。
（3）掘进中排土量的控制
排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。
理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N。
QS 根据碴土车的体积刻度来确定。
QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即: Q0=A×V×n0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度
通常理论排土率用K =QS/Q0表示。
理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量， 以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。
碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良碴土的可塑状态来调整。
（4）土压平衡模式的技术措施
1）进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。
2）向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高
土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。
3）选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。 4）定期使螺旋输送机正反转，保证螺旋输送机内畅通，不发生堵塞。 5）适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。
6）向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。 2、半敞开模式
（1）半敞开模式适用的工况 1）当洞身处于软硬不均地段。
2）具有一定自稳能力和地下水的压力不太高的地层，其防止地下水渗入的效果取决于压缩空气的压力。
（2）半敞开式模式的实现
采用该模式的前提是对应的地层有相当的自稳能力，且其强度较大，其工作面的稳定依赖外界支撑的程度相对于软弱土层要少且如采用大推力掘进，则刀盘扭矩将有可能升的很高。此模式下必要时稳定正面的部分压力由压缩空气来实现，气压控制标准值为静水压力值与松散土柱压力值之和。
（3）半敞开式模式的技术措施
半敞开式掘进模式介于土压平衡和敞开式之间。为既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出碴时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力控制在1～1.5bar以内。在该模式掘进时，注入泡沫对碴土进行改良。遇到地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。
3、敞开模式
（1）敞开模式适用的工况 能够自稳、地下水少的地层。 （2）敞开式模式的实现
盾构机切削下来的碴土进入土仓内，即刻被螺旋输送机排出。土仓内仅有极少量碴土，基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受的反扭力较小。
（3）敞开式模式的技术措施
敞开式掘进模式采用高转速、低扭矩推进。采用敞开模式掘进时，易产生掘进中的盾构机滚动和较大震动现象。施工中如不慎引起盾构机滚动，可使刀盘反转来纠正。
同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围土体间的空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可适当增大浆液粘度、缩短注浆时间、适当减低注浆压力来解决。
在敞开式掘进时，刀具磨损较大，温度高，岩碴不具软塑性，因此注意观察、检查，及时换刀，注入泡沫和膨润土冷却、润滑及降磨。 6.2.2 碴土改良和管理
在盾构施工中尤其在复杂地层及特殊地层盾构施工中，为了保持开挖面的稳定，根据围岩条件适当注入添加剂，确保碴土的流动性和止水性，同时要慎重进行土仓压力和排土量进行管理。
1、碴土改良的目的
（1）使碴土具有良好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降； （2）提高碴土的不透水性，使碴土具有较好的止水性，从而控制地下水流失； （3）提高碴土的流动性，利于螺旋输送机排土； （4）防止开挖的碴土粘结刀盘而产生泥饼； （5）防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象；
（6）降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损，从而提高盾构机的掘进效率。
2、改良的方法与添加剂
碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况。
3、碴土改良的主要技术措施
根据本工程的地质条件和盾构施工的经验，采取如下主要技术措施。
（1）在含水地层采用土压平衡模式掘进时，拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入泡沫，并增加对螺旋输送机内注入的泡沫量，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。
（2）在砂卵地层中掘进时，拟采取向刀盘面和土仓内注入膨润土或泡沫改良碴土。 （3）在砂砾土内添加改良剂，增加了碴土的流动性，减少摩擦力，利于碴土的排出，减少泥土的堵塞。