软硬不均地层复合盾构的研究及掘进技术

 

4.2 不同地质的渣土改良技术

      (1) 在砂质黏性土和全、强、中风化泥质粉砂岩的掘进中，主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。一般采取分别向刀盘面和土舱内注入泡沫的方法进行渣土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。

      (2) 在硬岩地段的掘进主要是要降低对刀具磨损、螺旋输送机的磨损，防止涌水，一般采取向刀盘前和土舱内及螺旋输送机内注入含水量较大的泡沫为主。

      (3) 在富水地段和其他含水地层采用土压平衡模式掘进时，主要是要防止涌水、防止喷涌、降低刀盘扭矩，一般向刀盘面、土舱内和螺旋输送机内注入膨润土泥浆，并增加对螺旋输送机内注入的膨润土，以利于螺旋输送机形成土塞效应。

      (4) 在砂土地层中掘进时，主要是保持土舱内的压力平衡，以稳定开挖面，控制地层沉降，拟采取向刀盘面和土舱内注入泡沫来改良渣土。泡沫注入量根据具体情况确定。

4.3 泡沫剂的渣土改良技术

      (1) 泡沫剂的使用

      泡沫剂通常按 1%～6%进行配制，溶于水中。也可根据开挖土体的颗粒级配、不均匀系数、掘进速度、掘进的推力和扭矩的具体情况进行调整。

      (2) 泡沫剂的注入

      注入方式：泡沫剂的注入可选择采用半自动操作方式和自动操作方式。

      注入率：在一般情况下泡沫的注入率的最小值为 20%，当渣土较黏时，为防止产生泥饼或堵仓，泡沫的注入率最小不小于 30%。在实际施工过程中，泡沫的注入率要根据掘进期间对渣土的观察来做相应的调整，而影响注入率的最关键因素为土体的液限、塑限以及土体的含水量。根据经验，土体的黏稠指数 Ic= 0.5 时，土体比较容易改良。其中黏稠指数计算公式为

I_c = (w_L－w_s)/I_p (4)

      式中：w_L为土体的液限，w_s为土体含水量，I_p为塑性指数。

4.4 渣土改良效果分析

      越三区间盾构在残积土层或全风化岩层的掘进时，通过加入泡沫进行渣土改良。掘进过程的典型特征：渣土流动性好，呈塑性状态，渣土上有明显的水的光泽，用手抓渣土时，能比较轻松的抓取；螺旋输送机出渣连续且在皮带机上铺展良好，没有产生泥饼及球状渣土；在渣土中，能明显的闻到渣土中有泡沫剂味；渣土的稠度一般为 25～40 mm。

      分析：由于渣土改良效果相对较好，盾构机在掘进时表现了典型软土掘进参数状态，即扭矩不大，掘进速度高而稳定，掘进效率高。

5 地层变形控制技术

5.1 盾构下穿广州火车站时地层沉降控制技术

      该区间隧道穿越广州火车站 14 股轨道，隧道与站台关系示意图如图 4 所示。

      为保证列车运行安全，要求盾构通过时，轨面沉降值不得超过 10 mm，两股钢轨水平高差不得超过 4 mm，且在任何情况下，最大隆起量不大于+10mm。

      盾构穿越站场地段的地层主要是中风化、强风化地层和硬塑残积土地层，区段长约 160 m，埋深约 15 m。由于开挖面自稳能力较差，因此确立施工原则为：模式正确、土压合理、快速掘进、同步注浆、及时补强、严密监测、快速反馈。

      (1) 地表沉降主要的控制技术[8]

      ① 盾构掘进模式：通过计算，为满足轨道和地表沉降的严格要求，采用土压平衡模式掘进。

      ② 同步注浆：必须采用同步注浆，注浆量为6.5m³/环；注浆压力：(2.5～3.0)×10⁵ Pa。确定注浆压力时，为避免对地层产生大的扰动，以地表不产生隆起为原则，根据地表沉降监测结果，及时进行调整。

      ③ 土压力：为了确保开挖面稳定，理论上土压力应为静止土压力和水压力之和，并考虑预留量。

土舱内土压维持在

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