土压平衡盾构在砂层中掘进施工工艺工法

1、土压平衡盾构在砂层中掘进施工工艺工法1前言1.1工艺工法概况土压平衡盾构在砂层中的应用时间较晚，主要在近几年 的成都、沈阳、北京和西安等城市的地铁施工中有应用，经 过近年来盾构砂层掘进的施工和研究，也渐渐摸索出了一套 行之有效的施工方法。1.2工艺原理充分利用加泥式土压平衡盾构的加泥功能，将膨 化好的膨润土泥浆注入到刀盘前方、土舱、螺旋舱和盾体外，为渣土提供粘结力、附着力、悬浮力和润滑性等作用，提高 渣土的和易性，达到良好建压和顺利出土的目的；加强盾构机刀盘的切削能力和耐磨性，加强盾体 的凸出部分和螺旋机耐磨性，以增强盾构机在砂层中掘进的 适应性和耐久性。2工艺工法特点2.1根据砂层渗透系数高

2、、摩擦阻力大、流塑性差等特 点，结合盾构机设备的实际情况，对盾构机的薄弱处进行加 强，如保水性能和耐磨性，这将增加盾构机在砂层中掘进的 安全性，降低其换刀、更换螺旋的风险；2.2针对砂层盾构掘进出土难的问题，正确的实施渣土 改良技术，对渣土进行流塑性与和易性改良，只有解决了砂 层盾构出土难的问题才能使盾构施工的安全和效率得到保 证。3适用范围本工艺工法的编制是立足于加泥式土压平衡盾构机掘 进砂层的施工，适用的地层为细砂、中砂、粗砂及砾石含量 较小的砾砂地层。4主要引用标准4.1设计图纸，地质勘察报告，盾构机说明书；4.2地下铁道工程施工及验收规范 ； 4.3当前国内土压平衡盾构砂层掘进渣土改良

3、运用成果;5施工方法由于砂层具有内黏聚力小、外摩擦角大、渗透系数高等特点，在土压平衡盾构机掘进时，不能满足其土舱建压和出 土的要求，更不能满足沉降控制和快速掘进的要求，必须对 渣土进行流塑性、渗透性及和易性的改良，才能较好的实现 土舱建压和出土，从而实现安全和高效的掘进。盾构砂层掘进的关键技术是渣土改良，渣土改良的原理是用具有粘性和一定比重的泥浆对渣土进行流塑性、和易性 改造，增强渣土粘聚力，减小内摩擦角，达到良好建立土舱 压力和顺利出土的目的。渣土改良技术主要解决三个问题： 一是配置出怎样的泥浆，二是如何使用泥浆，三是泥浆的注 入量。本工法选用的渣土改良剂为钠基膨润土，配置成膨润土与水的质量

4、比为1： 10的泥浆，膨化时间达到 22小时左右， 泥浆比重1.06以上，粘度30s以上，对于含有砾石等较大 颗粒的地层，可以在膨润土泥浆中加入一定量的黄土，用来 提高泥浆的比重，增强泥浆的浮力，黄土的掺入量为膨润土 的1/3将泥浆注入到刀盘前方、土舱和螺旋舱，对渣土进行流 塑性改良；对于盾构机注浆壳凸出或地层较为密实的情况， 将泥浆注入到前胸板后 1020cm的盾体外，用于较少盾构 机与地层的摩擦。泥浆的使用要注重对刀盘前方的注入，起 到提前改良土体的作用，同时也提高开挖面土体的稳定性。泥浆的注入量也是渣土改良技术的关键问题，通常和泥 浆配比一样采用改良土体的塌落度来判定，对模拟开挖地层 颗

5、粒级配的渣土，用膨润土泥浆进行改良，改良后渣土的坍 落度范围在100150mm的泥浆和泥浆加入量是合适的。先 采用试验所得数据进行施工，在施工过程中再进行不断的调 整。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工工艺流程见下图盾构机过砂层准备图1工艺流程图6.2操作要点6.2.1 碴土改良6.2.1.1 碴土改良的必要性碴土改良思路来源于使用泥水盾构的某些方法、措施来 解决土压平衡盾构掘进砂层遇到的困难。由于砂层具有内粘 聚力小、外摩擦角大、渗透系数高等特点，在土压平衡盾构 机掘进时，不能满足其土仓建压和出土的要求，更不能满足 沉降控制和快速掘进的要求，必须对碴土进行流塑性、渗透 性及和易性的改

6、良，才能较好的实现土仓建压和出土，从而 实现安全和高效的掘进。从严格的盾构选型的角度讲，这种地层更适用于泥水加 压式盾构，对于加泥式土压平衡盾构，通过对碴土改良剂的 室内试验研究和现场实施，得出合理且经济的泥浆配比，然 后在施工过程中向盾构机土仓、刀盘前方和螺旋机仓内注入 适合的泥浆量，以改良开挖面土体和土仓内碴土，也可适用 于砂层掘进施工。6.2.1.2 碴土改良方法在土压平衡盾构砂层掘进时，应对碴土采取流塑化改良 措施，即向开挖面、土压仓（必要时向螺旋输送机）注入改性材料（泥浆、泡沫、聚合物等），以促进开挖面稳定，实现土压平衡掘进，同时有助于降低机械摩擦、 减小地面沉降、 提高掘进速度等。首先对开挖面，即刀盘前方土体注入泥浆， 向开挖面土体注入泥浆后，泥浆包围在颗粒周围，形成了一 层泥膜，增加了颗粒之间的粘聚力，使得颗粒之间的传力得 到扩散，达到一种泥浆护壁的效果， 有助于稳定开挖面土体。 其次是向土仓内注入泥浆，通过刀盘旋转和螺旋机旋转使泥 浆渗入砂性土颗粒之间，增强颗粒之间的作用力，并以较大 的泥浆浮力减少颗粒的堆积，形成流塑性状态的渣土。最后 是通过膨润土泥浆特殊的润滑性能，可以减轻颗粒与盾构机 及其构件的摩擦。621.3 碴土改良材料及配比常用的碴土改良剂有水、膨润