泥水盾构技术8.4盾构穿越浅覆土江中段施工技术

第八章 四、盾构穿越浅覆土江中段施工技术 南线隧道江中段(349～806m)东起浦东防汛墙，西至浦西防汛墙，全长共457m。在717环后进入缓和右转曲线，隧道纵向坡度从349～538环为下坡直线段，坡度为-3.45%。 　　539～633 环竖曲线段，曲率半径为R=1500m，634～806为上坡直线段，坡度为2.89%(参照隧道设计院调坡设计草图)。本掘进段穿越浅覆土区，最小覆土 仅为7.4m(按调坡后隧道上部覆土计算)，远远小于盾构的直径，给施工带来极大困难。为了保证盾构安全穿越江中浅覆土区，在348环至388环近40环 的掘进过程中进行浅滩沉降监测施工，再次调整各类施工参数，摸索泥水平衡盾构穿越河床经验。   　　1主要技术措施及要求 　　(1)掘削管理及控制要求 　　①盾构开挖面泥水压力的控制 　　因 为开挖面泥水平衡是一种动态的平衡，当由于某些原因变化时，平衡就可能被打破。所以无论是在掘进阶段还是停止掘进阶段都应注意泥水压力的变化，采取相应措 施使泥水压力尽可能地接近设计泥水压力。穿越河床切口水压设定值在实际取值时还考虑潮位变动情况。开挖面泥水压力控制在设计泥水压力的±0.2kg/cm2之内。 　　②掘削干砂量管理及控制 　　掘削干砂量也是泥水平衡盾构施工管理中的重要参数之一。根据送、排泥的流量计和密度计测定的各种流量和密度，从这些数据中，对送、排泥浆中包含的掘削干砂量的体积进行积算，来反映盾构每环推进掘削下来的土体量。 　　计算式： 　　　　 　　式中：Hd(t)——排泥流量          　　Hm——排泥密度         　　 Sd(t)——送泥流量         　　 Sm——送泥密度          　　Gs——真比重 　　可根据中央控制室监视盘所显示的掘削干砂量、管理值(即理论掘削干砂量)作比较，如果两者之间有差距，则能判断开挖面的崩塌剩余挖掘量、超挖量及地质变化等情况。 　　每环理论干砂量： 　　　 　　B理论=含泥率×掘削截面积×掘进距离(m) 　　ΔB=B-B理论 　　b=ΔB/B理论 　　式中：ΔB——超挖干砂量            　 b——超挖率 　　当b＞20%时，使用土层探测装置，以便及时掌握切口正面土体塌方情况，并及时反映。  在实际掘进过程中发现影响干砂量变大的原因： 　　· 切口水压太低 　　· 推进速度太慢或变化太大 　　· 逆洗次数太多和时间过长 　　· 掘进中断次数太多 　　因此，要求根据具体施工情况及时调整参数，减少干砂量的数值，从而也减小正面的土体塌方可能。 　　(2)泥水处理系统的管理及控制要求 　　①比重 　　泥水的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不应过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。因此泥水比重的范围设在1.20～1.25g/cm3，即从ρ=1.25g/cm3开始，可对泥浆水进行稀释，降低比重；在ρ=1.2g/cm3时，可适当添加陶土或膨润土，以提高泥水的比重。 　　②粘度 　　泥 水的粘度是另一个主要控制指标。从土颗粒的悬浮性要求而言，要求泥水的粘度越高越好，根据泥水处理系统的自造浆能力，随着推进环数的增加，泥浆越来越浓， 粘度也呈直线上升，而比重的增加并非说明泥浆的质量越来越高。因此泥水粘度的范围设在20～25S。考虑到粘度的调整有一个过程，在泥浆粘度为22S开始 (调整槽粘度)，逐渐添加CMS，添加量的多少视粘度下降的趋势而定。 　　 过分强调提高粘度而无限制地添加CMS，将提高工程费用，造成不必要的浪费。当然，在特种场合，为了开挖面的更加稳定，人为地提高粘度指标(可达30S)就另当别论。 　　③析水量 　　析水量是泥水管理中的一项综合指标，它更大程度上与泥水的粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之就大。故泥水的析水量控制在5%以下，降低土颗粒和提高泥浆的粘度，是保证析水量合格的主要手段。   　　2浅覆土施工 　　根据泥水平衡盾构的施工特点和江中段浅覆土的工况条件，制定了相关防范措施，其目的是对盾构穿越江中段施工提出防漏、防冒、防沉、防堵、防浮和防磕技术要求，确保盾构安全通过浅覆土区域，顺利抵达浦西。 　　(1)防止盾尾漏浆(防漏)措施 　　①提高同步注浆质量 　　每环推进前对同步注浆浆液进行小样试验，严格控制初凝时间。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量与推进速度等施工参数形成最佳参数匹配。 　　②保持切口水压稳定 　　在推进过程中，保持切口水压稳定，防止因设备故障和操作失误而引起的切口水压波动。在每次调高切口水压后，需进行试推进，并安排专人观察盾尾漏浆情况，待确定盾尾无泥水逸漏条件后，方可正式调高切口水压，进行正常推进。 　　③盾尾漏浆对策 发现盾尾漏浆情况较严重时，则配制初凝时间较短的双液浆进行衬砌壁后注浆，压浆部位一般为后5～10环，并适当调低切口水压，但切口水压调整量控制在不大于0.5kg/cm2。实施以上措施后漏浆情况乃得不到有效控制时，则在后6～8环处压注聚胺脂，进行堵漏。 (2)防止江底冒浆(防冒)措施 　　①控制切口水压波动范围 　　在推进过程中，严格控制切口水压波动范围。该值控制在-0.2kg/cm2～+062kg/cm2之间以保证正面稳定。在盾构穿越小于7.5m浅覆土区域时，采取手动控制切口水压，人工调整施工参数，精心施工，强化管理。 　　②控制参数设定 　　在每推进10环后对开闭VE阀、转旁路状态时的切口水压上、下限控制参数进行设定，并做好。每天推进施工前，先检查VE阀开、闭情况和PLC系统工作状态。在确定系统对切口水压控制上、下限控制的工作情况良好前题下，再进行正常掘进。 　　③控制同步注浆压力 　　根据土力学理论，要保证盾构上方土体稳定，则盾构顶部垂直压力Pv需大于泥水压力Ps和压浆引起的泥水压力ΔPg之和。由此可见注浆压力的大小也对防止江底冒浆起着重要作用。因此严格控制同步注浆压力，并在注浆管路中安装安全阀，以免注浆压力过高而顶破覆土。 　　④江底冒浆对策 　　当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面水压下能进行推进，则向前推进，同时适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构尽早穿过冒浆区。 　　当冒浆严重，不能推进时： 　　· 将开挖面水压降低到和(土压+水压)平衡为止； 　　· 提高泥水比重和粘度； 　　· 为了能使盾构向前推进，检查掘削干沙量，确认有无超挖； 　　· 掘进一段距离以后，进行充分的壁后注浆；  　　· 将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。 　　当发现江水由盾尾处流入隧道时，应首先分析当前情况，组织力量进行抢险。抢险过程中，在漏水部位相应压注聚胺脂；同时，安排好排水工作，保证进入盾构的江水顺利排出隧道。 　　(3)防止江底土层沉降(防塌) 　　①按设计值设定切口水压 　　推进过程中按设计值设定切口水压，并根据推进时刻的潮位变化情况对其进行相应调整。当由于设备原因切口水压仍低于设计值时，则停止正常掘进，待切口水压恢复到设计值后，再继续恢复进行正常掘进。 　　②注浆量控制 　　当发现江底沉降量大于5cm时则适当增加同步注浆量，必要时进行衬砌壁后补压浆。  (4)防止吸口堵塞(防堵)措施 　　①开通搅拌机 　　整个掘进过程开通1～4号4个搅拌机，特别是吸口附近的3号搅拌机。 　　②遇到切口不畅时的措施 　　遇到切口不畅时，及时转旁路，并通过大旁路和旁路的泥水进、排情况分析，找到不畅原因。如确定吸口堵塞时，则相应降低推进速度，同时按技术要求进行逆洗。 　　(5)防止隧道上浮(防浮)措施 　　①提高同步注浆质量，要求浆液有较短的初凝时间，使其遇泥水后不产生劣化，并要求浆液具有一定的流动性，使通过同步注浆后的浆液能均匀地布满隧道一周； 　　②提高注浆与盾构推进的同步性，使浆液能及时充填建筑空隙； 　　③做好隧道补压浆准备，发现隧道上浮量较大，且波及范围较远时立即采取对已建隧道进行补压浆措施，以割断泥水继续流失路径。补压浆要求均匀，压浆后浆液成环状。一般补压浆采用双液浆与聚胺脂相结合的注浆方法，注浆范围5～10环。 　　加强隧道隆沉监测是防止隧道上浮的积极措施。在已建成的隧道段中，每隔10～20m布置连通管测量点，利用计算机自动监测隧道垂直位移情况，使施工人员及时了解隧道上浮量，以便及时采取相应措施。 　　(6)防止盾构“磕头”(防磕)措施 　　在 389～543m掘进过程中，盾构底部穿过含有透镜体的土质。该段推进时，盾构容易产生“磕头”。为防止“磕头”现象的产生，推进过程中加强盾构姿态的控 制，一旦发现“磕头”现象，利用调整千斤顶编组去解决纠偏，同时加强同步注浆管理，确保注浆作用，使成环隧道保持稳定，提高纠偏效果。纠偏过程中并考虑利 用牵引千斤顶协助纠偏。   　　3江底地形监测 　　为了解盾构推进过程中江底土层的相应沉降情况，特别是江中段进行高精度的水底测量，监测盾构施工时江底土层的沉降变化，以指导盾构推进施工。 　　(1)监测方法 　　盾构穿越江中段时对江底土层变化情况进行了全过程的监测，采用下航式水中调查作业，并采用微波测距导航系统以及双通道精密水准测量仪，其精度均达到设计要求。 　　(2)江底沉降特征 　　以盾构切口前5m、切口及切口后15m三点为例，其江底隆沉特征如下： 　　①切口前5m处以沉降为主，平均沉降量为13.3cm； 　　②切口处以隆起为主，平均隆起量为13.2cm； 　　③切口后15m处以隆起为主，平均隆起量为21.6cm； 　　④切口处与切口前5m、切口后15m处的隆沉关系。 　　切口与切口前5m的关系多数情况下处于隆起，切口前5m也隆起；反之切口处沉降，切口前5m也沉降。少数情况切口处隆起，切口前5m反而沉降。但却未出现切口处沉降、切口前5m隆起的现象。切口后15m以隆起为主，不管切口处隆起、沉降与否。 　　经过一段时间的精心施工，盾构顺利地穿越了江中段浅覆土区。由于实际穿越过程中及时、合理地调整各类施工参数，最终将江底隆沉量控制在22cm以内，避免了泥水冒顶、隧道涌水等恶果。 　　由于减少了隧道覆土，直接缩短了隧道的延长，为整个工程节约了大量的资金及劳动力，从而创造了极大的社会效益及经济效益。