盾构穿越苏州运河软土地层施工技术研究

盾构穿越苏州运河软土地层施工技术研究内容摘要：

邻块，最后安装封顶块。 安装封顶块时先径向搭接约 2/3 管片宽度，调整位置后缓慢纵向向顶推。 管片安装到位后，及时伸出 相应位置的推进油缸顶紧管片，安装好螺栓并拧紧，然后移开管片安装机。 纵、环向螺栓连接采用 M30 弯螺栓，每环纵向 16根，环向 12 根，计 28 根 /环。 拼装要点如下： ①管片采用错缝拼装，由下而上，拼装时先拼装底部标准快，然后按左右对称 10 顺序逐块拼装两侧的标准块和邻接块，最后拼装封顶块。 安装封顶块前，在 K 块两侧涂刷肥皂水或少量黄油，产生润滑作用，方便 K 块顺利安装，防止 K 块外弧面产生破碎，减少对遇水膨胀橡胶止水条的挤压和摩擦。 ②管片拼装精度和允许偏差 表 管片拼装允许偏差和检验方法 序号 项目 允许偏差 (mm) 检验方法 检查频率 1 相邻管片径向错台 5mm 尺量 4 点 /环 2 相邻管片环面错台 6mm 尺量 1 点 /环 3 管片椭圆度 5D‰ 仪器测量 1 点 /5 环 4 轴线偏差 177。 50mm 仪器测量 1 点 /5 环 ③管片采用 M30 弯螺栓，每环纵向 16根，环向 12 根，计 28 根 /环。 ④并且直径偏差应小于 12mm。 管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用风动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片脱出盾尾后，用风动扳手进行重复紧固。 当管片到达 6 号台车位置，用风动扳手再次进行复紧。 ④在管片拼装之前要清 除盾尾拼装部位的碴土等异物，并检查管片的型号、外观以及密封材料的粘贴情况，若型号与管片运送指令不符应立即更换，有 轻微 损坏必须修复 达到相关规范要求 后才可拼装。 注浆管理 根据 盾构机 所 穿越地层的特点，为能尽早充填盾尾建筑空隙及时支撑管片周围土体，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全，采用盾构边掘进边注浆方式，通过盾构机自设的同步注浆系统及管片预留注浆孔，注浆在盾构尾建筑空隙形成的同时进行。 盾构与衬砌的理论建筑空隙为 ，中铁装备盾构机刀盘直径较大，因此注浆量增大： V=π [（ ） ]247。 4*（ ～ 2） =～。 （ 1）注浆方式和特点 11 本标段区间隧道穿越及施工影响范围内地层的地质主要为粉土夹粉质粘土层。 地层自稳能力差，盾构掘进后受扰动的土体不能自稳，易产生坍塌变形，从而引起地表沉降，采用同步注浆及时回填，必要时再以二次补强注浆进一步填充，确保对盾尾建筑空隙填充密实。 由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。 在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力 略大 ～。 同步注浆 能 使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形及地表沉降得到控制，在浆液凝固后，强度得到提高，但可能有局部不够均匀或因浆液固结收缩产生空隙。 且为防止管片渗漏水、隧道沉降、地面沉降，对其进行二次补浆；注入位置满足距盾尾大于 10m,以防止地层中的泥水和衬砌外围的浆液从盾尾间隙挤入盾尾，损坏盾尾钢丝刷，尤其是穿越浅覆土河床地段，二次注浆尤为重要。 （ 2） 注浆压力和数量： 同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。 最初的注浆压力是 根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进中不断优化。 如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。 如果注浆压力过大，会导致地面隆起、管片变形和盾尾漏浆等。 注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆； 因此 本标段 经计算并结合现场施工经验确定同步注浆压力 为 ～ ，二次注浆压力为 ～。 （ 3）浆液材料、浆液配比及性能指标 为保证盾构 机安全迅 速穿越苏州运河，防止注浆管堵塞造成注浆不及时，河床沉降，因此在穿越过程中要 加强对同步注浆原材料的控制，保证原材料性能达标。 注浆浆液要流动性好 ，便于盾构 掘进 过程中持续不停的注浆，二次注浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。 同步注浆在起到稳 12 固管片的同时，更多的是在起密封防水的作用， 因此 ，为了加快 同步浆液 在 河 底 软土 层中的初凝速度， 保证盾构成功穿越苏州运河软土地层， 我们通过 不断实验和现场实践，在原来配 合 比的基础上适当 改变 了 同步注浆配合比， 在浆液中添加了 水泥 ， 提高 了膨润土 的含量，使成型隧道防水效果更进一步。 同步注浆、二次注浆初步采用的注浆材料及配比、性能指标见表 配比和性能指标表所示。 同步注浆、二次注浆 穿越苏州运河 采用的注浆材料及配比、性能指标见表 所示 ： 表 浆液 初步 配比及性能指标表 注浆 方式 消 石灰 :粉煤灰 :膨润土 : 黄 砂 :外加剂： 水 稠度 （ cm） 凝结时间（ h） 7天抗压 MPa 14 天抗压 MPa 同步 注浆 60 400 70 800 3 520 10～ 13 20 1 二次 注浆 水灰比 :1 / / / / 表 浆液配 比及性能指标表 注浆 方式 水泥 :粉煤灰 :膨润土 : 黄 砂 :外加剂： 水 稠度 （ cm） 凝结时间（ h） 7 天抗压 MPa 14天抗压 MPa 同步 注浆 100 400 100 779 3 489 10～ 13 7 二次 注浆 水灰比 :1 / / / / 调整配合比以后，由于同步浆液的初凝时间大幅提高，使得在盾构掘进中周围土体能迅速得到稳固， 减少了成型隧道管片的浮动。 同时水泥具有较好的防水效果，成型隧道基本没有渗漏点。 这两者的变化说明了同步注浆配合比的调整是准确有效的，适当的 提高水泥和 膨润土 比例能够有效的控制成型管片姿态和防水效果。 13 施工测量控制 盾构穿越苏州运河期间，除日常的洞内管片收敛与隧道沉降监测外，要重点监测施工影响范围的河堤、河床沉降情况。 按照规范和设计要求，隧道隆陷监测点每 510m 设置一断面。 现场在盾构始发段及接收段各 100m范围内，每 5m设置一断面，其余正常地段每 10m 设置一断面，在盾构穿越运河特殊地段也是每 5m 设置一断面。 隧道隆沉监测点布置图见图 所示。 盾构到达前，在对应隧道轴线位置布设好 苏州运河两岸 河堤的监测点，并做好初始值的采集。 同时，在河 堤周边布设测量控制点，包括至少 2 个平面导线点、 1 个水准点，用以准确定位盾构机所在位置，便于应急处理。 沉降观测点沿河堤进行布设，点横向（沿河堤方向）间距 3m。 河堤宽 50cm，监测点布设至河堤中部（宽度方向居中）。 对河堤的沉降监测，测点采用钻孔形式穿透河堤表面的浆砌片石，并用直径 20mm的螺纹钢钉入，螺纹长度 1m，外露 ，具体点位布置见图 、图 所示。 对于河堤外侧泥土地面，埋设地表沉降观测点。 为保证监测效果良好，在沿隧道中轴线每 6m 设一纵向沉降观测点的基础上，两侧各 3m各布设一沉降观测点。 14 图 隧道隆沉监测点布置断面图 图 15 图 苏州运河大里程侧监测点布设图 盾构穿越 运河 期间，对河堤的监测按照每天 2次的频率进行，上午九时、以及下午四时各 1 次；穿越后按照每天 1 次的频率，沉降稳定（单次变化值小于177。 ）后逐渐降低频次至每月 1 次。 河堤沉降的单次允许值为177。 3mm，累计允许值为 30mm～ +10mm；报警值为允许值的 60%，即：单次177。 ，累计 18mm～ +6mm。 监测数据以手机短信的形式在 施工 期间每天上午 9时，由施工单位发送至相关单位人员；书面版的监测日报在每天下午 5时前报送至 第三方监测 单位、监理单位。 当河堤沉降监测时间达到报警值时，在隧道内对应河堤范围，通过管片上部注浆孔压注单液浆，单液浆配比为水（ kg）：水泥（ kg） =： 1。 压注过程中加强监测，直至沉降稳定。 技术参数的分析、确定 以苏州地铁 2号线延伸线 2 标东方大道站～独墅湖南站区间左线 680 环～ 760环 16 掘进过程中掘进参数与监测数据的相互关 系为例： 表 表 17 表 表 18 盾构掘进初始参数确定 盾构左线前期施工过程中，主要穿越了公园及公园内小河流、农田、荒地等地段，穿越的主要地层为④ 2粉土夹粉质粘土层，部分④ 1 粉质粘土与少许 ⑤ 1粉质粘土层。 与盾构穿越苏州运河段地层情况一致。 通过理论计算结合 盾构穿越苏州运河软土层段前期 的盾构 掘进 施工经验， 我们拟定了如下 的盾构 穿越苏州运河 初始 掘进参 数 见下表。 表 理论掘进参数表 序号 掘进参数 参数值 备注 1 掘进速度 35～ 65mm/min 2 刀盘转速 3 刀盘扭矩 1200～ 4 总 推力 12020～ 14000KN 5 土仓压力 ～ 6 注浆压力 ～ 7 同步 注浆量 ～ 8 出土量 ～ 179。 掘进参数 对比 分析 盾构掘进参数的确定是通过掘进实践验证其合理性，由理论计算后再通 过实践根据监测反 馈进行修正。 因此，我们选择了具有。