地铁土压平衡盾构施工中应注意的几个关键问题三

土压平衡盾构施工中应注意的几个关键问题

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讨论的主要内容土压平衡盾构的基本原理、适用条件及其与泥水平衡盾构的不同之处土压平衡盾构施工的注意事项土压平衡盾构施工应注意的关键问题1土压平衡盾构的基本原理1.1基本原理图1.2目前土压平衡盾构法施工中存在的主要理论 和工程问题：

(1)隧道盾构施工掘进面压力平衡状态问题–盾构机开挖仓内的土压平衡问题（包括随隧道埋深的变化而变化等）；(2)盾构机推进速度、推力、舱内土压、刀盘转速、出土量和螺旋输送机转速间的相互关系问题；(3)掘进工作面压力与土体移动（包括土体的下沉和隆起等）的相互关系问题；(4)同步注浆和二次注浆对稳定土体和控制地表移动的理论和技术问题（包括地层缺失的概念、惰性与硬性浆液及其影响等）；(5)双线先后开挖隧道对地表高层建筑物的影响问题（主要表现在差异沉降对建筑物基础的影响和整个建筑物的倾斜度影响等）；(6)盾构推进对近距离建筑物桩基的承载能力和位移的影响问题；(7)盾构机进出洞加固段长度及其防水问题等等。1.3土压平衡盾构机对土体参数的要求

1)基本要求：良好的塑性变形特性优良的粘稠性能较小的内摩擦力，和较低的渗透性（渗透系数）

典型土体的例子—台北地铁工程2)开挖土体的参数及其对盾构选型的影响范围：a)土体颗粒影响曲线b)土层的粘稠度指标Ic和渗透系数以及弃土土体容重等参数对盾构机选型的影响

1.4土压与泥水平衡盾构的本质区别1.5开挖舱内实测压力分布图1.6一个工程实例2土压平衡盾构施施工的注意事项项2.1工程条件（地面面与地下状况，，不含前期工作作）2.2总体方案（施工工组织设计）2.3前期工作（地面面与地下管线））2.4风险点分析与专专项方案2.5项目进度计划2.6盾构施工过程管管理与控制2.7盾构施工辅助工工程（包括进出出洞、联络通道道和其它附属工工程、盾构防水水等）2.8质量保证措施与与绿色、环保和和文明施工2.9组织机构与人员员投入2.10其它特殊问题2.1工程条件（地面面与地下状况，，不含前期工作作）1）地面重要建（（构）筑物统计计与调查范围的确定（包包括调查范围和和可能的影响范范围）重要性分级（建建（构）筑物的的建设质量、使使用状况等）重要建（构）筑筑物的现况分析析与评价（必要要时请有关权威威部门）形成分析报告2）地下重要构筑筑物统计与调查查范围与深度的确确定（包括调查查范围和可能的的影响范围）重要性分级（构构筑物的质量、、用途等）重要构筑物的现现况分析与评价价（必要时请有有关权威部门））形成分析报告3）盾构隧道沿线线地层土质状况况（分层状况、剖剖面图、平面图图、钻孔柱状图图、物探报告的的分析与研究，，并 形成报报告）4）盾构隧道沿线线的水文地质状状况5）需要的补充地地质勘探工作（包括补充钻孔孔的设置原因、、位置和物探工工作）2.2总体方案（施工工组织设计）编制依据和工程程概况施工方法及施工工要点施工准备工作质量保证措施进度计划（节点控制的转化化及其与管片生生产的关系）设备投入计划施工组织构架安全文明施工、、环保措施盾构生产的所需需的特殊场地布布置：地面场地布置是否顺顺畅，以管片和和出土运输之间间的干扰和互相相干扰最小为原原则，同时兼顾顾其它材料的运运输和地面生产产；一些主要地面设设施布置是否合合理和齐全：土土坑、管片堆场场、地面管理系系统、浆液拌合合系统、排水系系统、防洪措施施、污水沉淀设设施等井内和井底及隧隧道内的生产与与辅助设施的布布置：以隧道水水平运输和井内内垂直运输流畅畅、相互转换自自然为基本原则则。2.3前期工作（地面与地下管线）（1）根据工程条件件（隧道埋深、、间距、盾构型型式与施工方法法等）确定具体体的调查范围和和依据（设计图图纸给定）；（2）制定详细的调调查计划及其调调查成果表格（（表格内容至少少包括：管线类类型、建建成年代、产产权单位、接口口型式、使用状状况、抗变形能能力、埋深、风风险等级评定））；（3）选派得力的调调查人员形成管管线调查组，按按照详细调查计计划的要求开展展调查工作；（4）形成调查报告告并按照不同产产权单位要求的的格式进行分类类汇总（包括各各种管线安全性性分析等重要内内容，提供下一一步工作作为参参考）2.4风险点分析与专专项方案（1）盾构施工风险险源的确定：盾构始发与到达达、盾构的停机机、开舱检查与与换刀、穿越地地面重要建（构构）筑物、穿越地下下建（构）筑物物和管线、地下下水丰富地区（（包括自然和人人为）所有这些因素均均与什麽有关？？为什麽？（2）风险点的具体体分析：根据不同风险源源的实际情况，，逐一进行分析析，必要时辅之之以计算，从而而确定出风险点的位置置、等级、发生生的条件及其可可能性等；例子：盾构的停机、开开舱检查与换刀刀—地层情况、地面面情况、地下管管线情况、盾构生产情况（（包括推力、扭扭矩、盾构姿态态、同步注浆状状况、土体可加固性等）（3）专项方案的编编写：根据源和和点的分析，有有针对性的编写写专项方案（4）风险点汇总与与报告:应根据不同管线线的实际情况，，按照不同的要要求分别报告，，同时汇总出方便便工地使用的警警示图表（包括参观者）2.5项目进度计划（1）按照项目总体体计划的要求，，确定盾构隧道道生产的计划要要求，根据目前前的盾构生产水平和能力力，实事求是、科学合理地制定盾构掘进进计划：以天来计算，考考虑合理始发、、到达、停机检检查、穿越重要要建筑物等，例子含周进度和月进进度（2）管片需求计划划：根据（1）中日进度、周周进度和月进度度的要求，考虑虑合理有效的现场库存，制制订以天、周和和月管片需求计计划（3）管片生产计划划：满足需求计计划的要求，根根据生产周期和和气候变化情况况，合理安排（4）盾构运输、吊装装、组装和解体体、试掘进计划划的安排2.6盾构施工过程管管理与控制（1）盾构施工过程程的土压管理（确定？）土压设定和具体体实施（每环））根据盾构隧道沿沿线的实际土质质情况、隧道埋埋深变化、水文文情况、地面建建筑物和地下建筑物现现状及其抗变形形能力、地面动动载情况和试掘掘进的具体经验验，合理调整；建议盾构生产土土压管理表（沿沿线）；每环掘进土压波波动范围：0.2bar以内（土压保持持问题）土压设定的原则则：维持开挖舱内的水土压力与与设定土压力的的吻合性，保持持开挖面的稳定定，即设定值P尽量接近自然土土体侧向自重应应力P0。P<P0，则盾构前部土体体因应力松弛造造成地层损失，，地面将发生沉沉降：P>P0，在软粘土中附加加荷载作用将产产生超静水压力力，随着土体固固结过程的进行行，超静水压力逐渐渐转化为有效应应力的增量，由由此产生土体沉沉降，另外如P值与P0值相差较大时，，会造成土体的的扰动，对于软软粘土而言，灵敏度很高，，外荷载作用将引引起土的触变，，经扰动后的土土体重新固结会会产生很大的变变形。审核土压力的设设定值是否合理：土压力P=P0=K0＊σcz=k0(Sγi＊hi),γi、hi为上覆土层的天天然容重和土层层厚度，k0=？地面有建筑物或或其它超载作用用，应考虑地面面超载在隧道埋埋置深度处引起起的地基附加应应力。根据地面沉降监监测结果来判断断土压力设定值值是否合理及其其与自然土压力力的吻合程度：：一般情况下，盾盾前地面隆起0－2mm之间是相对合理理的（此数值与与土层和隧道埋埋深等密切相关关）。如隆起过大则应应适当调低土压压力设定值，如如发生沉降则应应适当调高土压压力设定值。盾构施工中的土土压及其管理影影响因素多、涉涉及面广、每个个项目甚至不同同的区段都有很很大的变化，需需要综合全面考考虑方能取得一一个合理的初始值，并在在实施过程中逐逐步获得一个有效的土压值。土压及其管理是是盾构施工中永永恒的主题！（2）盾构施工过程程的出土管理（协助助土压管理）出土速度和出土土量：每环出出土量量—总量控控制（1.2m——55-60m3?)满足土土压管管理下下的合合理出出土速速度，，主要要靠控控制螺螺旋输输送机机的转转速来来调节节多环例例子—土压控控制与与管理理单环例例子—螺旋输输送机机调空空与土土压保保持出土管管理是是进行行土压压管理理的有有效措措施，，合理理的土土壤改改良也也是十十分必必要的的！(例子：：polymer)以上（（1）和（（2）两项完完全可可以在在地面面工作作室内内进行行监控控！（3）曲线线掘进与与大角角度纠纠偏盾构施施工就就是前前进中中的不不断纠纠偏过过程！！（不不论是是直线线隧道道还是是曲线线隧道道）纠偏伴伴随盾盾构施施工的的全过过程，，盾构构机调调整角角度后后掘进进方向向与原原掘进进方向向存在在一微微小夹夹角，，这样样开挖挖横断断面形形成一一椭圆圆形，，其截截面面面积大大于盾盾构机机的截截面面面积，，地层层损失失不可可避免免；同同时纠纠偏过过程中中会对对土体体造成成侧面面挤压压，增增大了了土体体的扰扰动。。如外外径Φ6.25m，长6.00m的盾构构机而而言，，每增增加6′的纠偏偏角，，就会会造成成0.0576m3的地层层损失失，引引起的的地表表沉降降，按按Peck理论的的地层层损失失概念念进行行计算算，得得出隧隧道（（埋深深15米）中中心上上方地地面沉沉降量量约为为δ=3.4mm。曲线掘进尤尤其不不可避避免！！！！！因此，，隧道道曲线线掘进进和正正常纠纠偏引引起地地层损损失造造成的的地面面沉降降是非非常可可观的的，曲曲线掘掘进和和正常常纠偏偏角度度越大大相应应的地地面沉沉降就就越大大。所所以在在盾构构掘进进中常常纠偏偏、小小角度度纠偏偏从而而达到到减少少地层层扰动动和地地面沉沉降的的效果果。监理应应加强强旁站站，承承包商商应控控制好好掘进进方向向，在在直线线掘进进时避避免盾盾构蛇蛇行，，在曲曲线掘掘进时时适当当设置置变向向提前前量，，尽量量减少少纠偏偏幅度度。提前量量的大大小应应在时时间中中不断断总结结，但但原则则是：：提前量量应与与隧道道稳定定时的的反方方向偏偏移量量相吻吻合！！隧道曲曲线掘掘进和和大角角度纠纠偏的的另一一个有有害副副产品品--引起管管片安安装的的错台台和整整体隧隧道的的反方方向偏偏移，，也应应引起起高度度重视视！应对措措施：：错台---1减少大大角度度纠偏偏和盾盾构蛇蛇行掘掘进2慢速掘掘进、、降低低土压压和推推力3改良土土壤、、降低低扭矩矩4硬性同同步注注浆，，尽快快稳固固地层层5预紧螺螺栓等等隧道反反方向向偏移移---1硬性浆浆液，，尽快快稳定定隧道道（控控制因因素-浆液配配比和和时间间确定定）2提前量量（地地层变变化与与数值值确定定）（4）盾构构施工工过程程的注浆管管理同步注注浆与与二次次补浆浆a)同步注注浆—原因：：盾构机机外径径通常常较衬衬砌外外径大大十或或数十十厘米米（包包括本本的、曲曲线掘掘进和和纠偏偏带来来的等等），，盾尾尾脱离离衬砌砌后此此环形空空隙如如不能能及时时地以以适当当材料料加以以充填填，将将引起起隧道衬衬砌结结构的的不稳稳定和和较大大的地地面沉沉降。。措施：：注浆浆。注意问问题：：为保保证浆浆液能能起到到抵抗抗周围围土体体挤压压的作作用，，同时时考虑易易于注注入，，选用用的浆浆液应应具备备以下下特性性：①略低于于或相相当于于周围围土体体的容容重；；②具有一一定的的抗剪剪强度度和压压缩系系数，，浆液液稳定定后其C、Φ值高于于周围围土体体的相相应指指标；；③静态下下有一一定自自立性性和强强度，，经扰扰动后后有一一定的的流动性性，可可泵送送性好好，不不堵塞塞管路路，能能均匀匀地充充满各种种间隙隙；④体积收收缩率率小，，压缩缩系数数、压压缩指指数小小；⑤浆液不不易析析水。。⑥在振动动荷载载作用用下不不发生生振动动液化化。b)二次补补浆—补齐空空隙、、稳固固地层层、有有效防防水！！c)惰性浆浆液与与硬性性浆液液的优优缺点点简析析盾尾密密封刷刷（4）紧急密密封（（1）同步注注浆浆浆液惰性浆浆液：：优点点--满足充充填空空隙的的要求求；对对盾尾尾刷的的危害害小；；不会会“糊糊住””盾尾尾缺点—凝固慢慢；稳稳定管管片作作用差差；易易造成成隧道道的偏偏移，，尤其其是隧隧道纠偏和和曲线线掘进进时；；硬性浆浆液：：优缺缺点与与惰性性浆液液正好好相反反风险：：后者者比前前者大大正确确确定注注浆量量及注注浆压压力考虑到到纠偏偏引起起的地地层损损失、、盾构构机壳壳体拖拖泥引引起的的地层层损失失、浆浆液体体积收收缩和和具体体的地地层特特点等等因素素，注注浆时时实际际注浆浆量应应为理理论空空隙体体积的的120％－180％，通通常采采用150％。实际施施工中中，应应根据据盾尾尾脱离离衬砌砌处对对应点点的地地面沉沉降观观测结结果，，及时时进行行注浆浆量调调整，，该点点地面面沉降降量控控制在在0－2mm/天之内。。注浆压压力应应为保保证足足够注注浆量量的最最小值值，同时应应与开开挖舱舱内的的土压压力相相匹配配注浆速速度应应是使使浆液液充填填速度度与盾盾构掘掘进度度一致致。注浆速速度过过快，，注浆浆压力力必然然上升升，易易造成成尾漏漏浆；；注浆速速度过过慢，，注浆浆充填填效果果不易易达到到要求求，引引起地地面沉沉降过过大（土体体自稳稳时间间）；及时二二次补补浆，，减小小后期期沉降降盾构施施工后后期沉沉降(盾尾后后30-40米范围内内)主要来来自土土体固固结。。虽然然沉降降发展展速度度较慢慢，但但累计计值占占到总总沉降降量的的30-50％左右右。及及时二二次补补浆是是必须须的手手段且且效果果良好好。详详细调调查建建筑物物和管管线等等的分分布情情况，，采用用及时时二次次补浆浆的方方法来来减少少后期期沉降降，避避免影影响建建筑物物和管管线的的安全全是十十分有有效的的。d)注浆量量是盾盾构施施工控控制重重要指指标（5）盾构构施工工过程程的管片拼拼装注意三三个问问题：管片的的现场场验收收—管片质质量合合格、、管片片型式式正确确（错错缝拼拼装、、K块位置置）盾尾内内的拼拼装—确保不不发生生错台台，如如发生生，调调整重重新安安装！！K块位置置要准准确！！（6）盾构施工过程的的测量工作与导向控控制导向控制—确保国家控制点到到盾构始发位置导导线测量的准确并并定期复核；隧道定向—确保定向准确并定定期复核（定向点不稳定时期期和及时的第三方方复核尤其重要）；隧道内的导线测量量—及时，准确！控制指标—时间和距离！！！时间控制因素是反反映隧道稳定状况况的；而距离控制因素主主要是反映曲线掘掘进情况的这是盾构生产与普普通隧道施工的最最大不同！（7）盾构施工过程的的监控量测目前与普通的监控控量测没有本质不不同，仪器数字化化和精度提高，频频率没变；自动监控量测系统统誓在必行！（11标）（8）盾构施工过程的的均匀生产问题均匀生产是盾构生生产的重要控制指指标！2.7盾构施工辅助工程程（包括进出洞、、联络通道和其它它附属工程程、盾构防水等））1)盾构进出洞：“洞”—井；出洞—盾构始发，进洞—盾构到达进出洞措施—土体加固/钢板桩注意问题—加固方案（设计））是否合理有效，，加固方法是否满满足要求，加固设备是是否安全可靠，工工艺流程能否满足足，检测手段是否合理理先进，质量保证证措施是否到位。。（常规地层加固，，不新鲜，无例外外要求，北京地区区而言0.8—1.2Mpa,<10-7的渗透系数完全满满足要求）2）联络通道和其它附附属工程：基本同“盾构进出出洞”3）盾构防水：进出洞防水，联络络通道及其它附属属工程的防水（均均指与盾构连接处处）,管片间的防水2.8质量保证措施与绿绿色、环保和文明明施工2.9组织机构与人员投投入2.10其它特殊问题1）断桩问题2）下穿桩基问题3）旁穿桩基问题4）不均匀沉降问题题5）不明障碍物问题题6）下穿河流问题等等3土压平衡盾构施工工应注意的关键问问题3.1开挖舱内土压力控控制（全程和保压）：1）沿线土舱压力分分布控制表（制订订参见2.6(1)）2）土舱压力参考数值值的位置（压力传传感器的位置与参参考数值的选取，，例子（单环）3）根据土舱压力数值值，分析判断开挖挖面土体压力4）多环压力统计分分析（例子）5）舱内压力波动范范围的考虑（0.2bar/0.02Mpa)6