隧道高水压小覆土泥水劈裂技术

上海上中路隧道地质纵断面图南京长江隧道工程纵断面示意图一、高水压小覆土盾构掘进

泥水劈裂特征分析

1）地表(江底面)较平坦，盾构机掘进水平。江中段覆土小，水压大。地层稳定性差，需对泥水压力审慎设定及控制，对泥水特性有要求。A：一般掘进形式

2）地表较平坦，盾构机掘进朝下方向。在初始掘进段属于该种情况。从小覆土条件讲是相对安全地段，但需注意的是，泥水压力按盾构切口位置设置，在盾构中部或尾部，覆土厚度小，劈裂有可能在盾构中部或尾部发生。需对泥水压力审慎设定及控制，对泥水特性有要求。B：地表平坦盾构朝下掘进形式

3）地表向下倾斜，盾构机掘进朝下方向。在盾构进入水中后属于该种情况。从小覆土条件讲是相对安全地段，但需注意的是，水压增高，需对泥水压力审慎设定及控制，对泥水特性有要求。C：前期水中初始掘进形式4）地表向下倾斜，盾构机掘进朝下方向。在盾构进入水中后属于该种情况，与3）基本相同。但有小的浅槽出现，水压力大，需注意对泥水压力的设定及控制，防止劈裂的发生，对泥水特性几掘进参数有要求。D：前期水中初始掘进形式（有浅槽）5）地表向上倾斜，盾构机掘进朝上方向。在盾构进从江底改变掘进方向后属于该种情况。水压虽然渐渐减小，但覆土厚度也在较小的范围内，且开挖面稳定难以控制。需注意对泥水压力的设定及控制，防止劈裂的发生，对泥水特性有要求。E：过江底后水中掘进形式6）江粒底面翁呈上圣坡，骨盾构摔机掘阶进上杆坡；蚀与5)基本远相同靠。但换经过扬小冲甚槽。逝容易老发生销泥水撕劈裂洽。地窝层稳兄定性略差，莫泥水辛压力镜难以印设定迈。施男工难钥度较章大，魂需对赌掘进妹参数浙及泥监水压润力、尘泥水猪特性糠。审运慎设茫定及意控制省，是糟较最肚危险熔地段非。F:较大皮风险硬区域照江中桶冲槽逆掘进替形式7）江析底面禾呈上臭坡，育盾构昌机掘京进上界坡；暴且由塑覆土呜小地雾段向解突变卵覆土赞大地告段掘称进。种泥水贱压力尾难以简设定须。容价易发沈生泥弦水劈励裂，询必须经同时狱满足中小覆括土劈满裂及棵高覆潮土开京挖面组稳。纠施工疫难度殊大，建地层职稳定隐性差拌，需索对掘荡进参化数及晶泥水奇压力贫、泥嚷水特瞧性。交审慎沫设定雅及控寒制，胸是最壮危险跑地段妇，也伪是本旗研究靠的重膝点。G：最伟大风鞠险区乓域江程中冲宗槽掘现进形涂式二、屠关于层盾构舍泥水剧劈裂伤的基村础研狐究1)高水毛小覆争土盾刻构掘蚀进问内题，竞主要复是泥考水劈边裂地孩层,冒浆袖问题霞。国水内外忙这方排面研瓦究成局果很搭少。轰可借伐鉴的光好的非施工优案例扶没有根。日骡本早巷稻田拴大学趁有过漂些初辨期研晴究成笼果。寇东京仅湾海论底隧扬道在晌小覆冷土处益采用抖了加湾固措依施。2)大直追径高闲水压鱼盾构糟开挖距面稳助定问缩慧题，赶一直挎是困尸扰着母盾构蛙界的扰难题皱，特赏别在垦高水苦压下递的透荒水性砌大稳员定性牌差的疮地层广中掘姓进，谣没有宵很好脾的固圣定模推式和姑方法嫩。室内祸三轴汁劈裂裙实验劈裂惕发生妨压力泥水爆劈裂仍的基宁本概谨念1）泥丧水劈妨裂发妨生压廉力泥水贷盾构播劈裂鸣现象专室内口试验纱研究峡结果着表明芳，劈勉裂压展力与耐泥水博的黏替性和赌土层渡强度蓝有关常系，景即:式中递：

3为小益主应显力，qu为无垃侧限捞抗压掘強度给，为系杠数。系数接

是与慈泥水慨黏性魄等相轻关的夜系数叫。小缝隙开裂2)砂土俱地层泥水岂劈裂搞发生锻压力砂土患的劈欺裂发妻生压薪力可迅用下口式表工示：m:系数产数，σ’易:有効仙侧圧σt:抗拉依強度直，R:亀裂平伸展田抵抗压力计排气阀泥水箱加压管地表压力计阀门混凝土砂浆钢管¢50.0先端压力计劈裂泥水加压孔孔实验心孔构粪造及拔实验居用仪疤器简桌图3）现姨场泥贱水劈腿裂试揉验4）泥协水劈企裂伸荡展压煮力5）室侄内盾恒构模扛型掘角进泥救水劈兼裂试广验i—土槽律；ii—刀具巴；ii欠i—刀盘泡；iv—刀盘肥马达共；v—掘进伯马达利；vi—排土倡器；vi板i—压力箱计；vi沟ii—泥水弯罐；ix—排土献槽；x—上部槐水压盾构错模型幸试验蔑装置盾构菌模型问机土槽煎人工勾黏土眼配比Mi号xt哑ur厅e报pr逮op爷or页ti己on库s目of围g灰yp瓶su社m阴co减he跟si符ve也s盖oi财l芝gr替ou赶nd人工黏土配比/gqu/kPa高岭土石膏粉质黏土水3000200020004000～600010～140所用柄泥水由是10讯%的膨躺润土镜拌和赤而成戚。为抛观察挤劈裂邪面情预况，亚把泥场水着悲色成丝式了红奋色。才泥水遥黏度狭约20～25愈s。试庸验分鼻两种牛形式捐进行纲。一欲种是址在有吴上部预荷载按的情愈况，鲜以模婶拟覆跑盖层笋较大馅的情钩况；族另一勿种是尾无上失部荷新载的当情况坚，以化模拟览覆盖葵层较码薄的继情况造。盾抬构模街型机约以1长mm暂/m汪in掘进世，并那以一蛇定的梨泥水栋加压屡速度赠使地糊层劈展裂破披坏(泥水垂喷发)。试钢验也忘进行圾了在掀掘进20樱c规m后停镇止，密以一挽定的液泥水场加压揭速度法使地裳层劈芒裂破幻玉坏的蓄情况意。试验编号无侧限抗压强度qu/kPa上部荷载/kPa劈裂发生压力/kPa劈裂发生角度/(°)169.5071.3452114.0092.3383132.10108.5304134.30190.0355101.210175.0铅直678.310148.1铅直760.510126.0铅直868.010157.6铅直919.01055.7铅直盾构袋模型茧试验昨结果Re马su苹lt般s岛of笛m酱od泥el简s危hi泼el甘d盒te饭st侦s巨of粮s善hi客el盏di肚ng辽m佳od街el扒s劈裂绕状况(有上帐部荷喉载)Fr垫ac概tu爽re岔s派it织ua依ti度on肥(w肚it级h忠lo无ad誓in抚g，Te泥st爪N裕o.自5)6）劈袭裂发堤生方映向及蚀宽度劈裂秃状况(无上包部荷话载，抢第一贼次试总验)Fr答ac甘tu屡re铜s杠it粮ua复ti表on狠(w套it弟ho厉ut捡l券oa参di抄ng，Te曾st听N识o.干1)劈裂渔宽度Fr符ac禾tu线re品w背id舰th掘进蜘中裂留缝与铲劈裂扮发生掉过程Pr鹿oc秆es轿se添s挖of歪c泛ra仔ck宗a摄nd抖f勾ra浙ct妄ur蚊e辈du药ri笼ng皂s棵hi层el聋di委ngad午va蠢nc亏in量g(转Te脏st竿N倘o.缩慧9)该图脉是第泳九次滥试验译的泥神水压坚力与购盾构悄推进蠢距离茂的试令验结酸果。芒试验滔结束债后，耗挖开歪盾构练模型丝式机通紧过的胁土层理，观晌察结与果表巧明图经中A区间税没有碍发现隐异常伯，在B区间六发现古如图鲁所示抛劈裂领发生盐前的糠裂缝(由于讯在泥黄水中隆加入昌了着慢色染川料，密所以卧可以败清楚梳的识允别裂笋缝)。这出些裂午缝都程是从桨壁面慎开始处呈放炕射状双伸展椒，其筝劈裂卫发生苦深度严距离肃泥水党喷发州处越察近就过越深株。从等图还少可以章看出钢，裂顾缝发剩生时降的泥砌水压话力比呆泥水仅喷发蚕发生熄压力(劈裂)小的案多。7）劈口裂发宫生过宅程描园述裂缝钥与劈叶裂状掏况Si回tu毒at芬io破n坦of阵f扰ra末ct简ur写e肺an格d姥cr拣ac扒ks效o堪bs荒er忽ve李d差in凯e附xp标er壶im胀en响t刀具颜前端候到盾霞壳前趟端的锈距离L示意肤图Sc博he矩ma桌ti薄c坝di疗ag箭ra俗m豆of脾d赛is伶ta参nc且eLfr私om撇c睁ut莫te遍r穷po括in老t扁tosk火in标p敬la寨te胆p洗oi碧nt8）是职否发麦生泥注水喷抓发的衫判定管方法斜向耐上劈省裂形扭状Sh更ap丑es迫o竟f光up景-d枕ir富ec蹈ti茅on假f售ra剪ct异ur随e将ts与t0进行盆比较戚，就烛可判纳断是专否能鸟发生讯泥水蔬喷发弹现象叠。即ts＜t0时，典泥水裹喷发押现象磁；ts＞t0泥水痰喷发影现象邻将不亚会发经生。三、开挖童面稳敌定的寄基本夕概念泥水爸压力占的设菜定与礼开挖绍面稳潜定密侄切相详关,太小阿开挖衡面稳幻玉定难枪以维傍持,太大,泥水月会劈神裂地乱层发血生泥袜水喷庙发。村山雁氏等仇学者竟根据慢二维厉试验堵及施愤工时唐的塌出方状搂况提震出了吩二维李法村赞山公藏式。求考虑损开挖讨面前房诚方土门体的霸平衡,作为扶滑动回力有倘开挖职面前储方的辱滑动盐土块魂重量(Wf)和它锻上部宇的松派动土屯压(Q缺)；作默为阻胶力有像泥水觉过剩袜压力(在顶早部的相泥水量压和廊地下鹊水压痕的压器差△Pf)径,将以湿上三迁个力域对滑疑动中土心点O点的算力矩旗平衡早。根变据设感定的载泥水轻过剩仍压力猜可以俯求出势开挖托面稳建定的甚安全研系数Fs。三维省筒仓雄开挖棍面稳欲定理滥论计笔算模幅型四、乖小覆益土泥急水盾光构最某佳泥杰水压创力泥水票压力比的设滩定，蜜通常挡设定构在主款动土视压和叶静止胁土压显之间畅，按经央验，是用水看压+0就.2驼kg熔f/茅cm毁2。但权这只雄是一节般的完情况药。在慢高水压等依过江走隧道毯泥水号设定海时，仗最佳跳泥水言压力周的设跪定，工必须历考虑影响旱开挖寇面稳挨定等伸的四运个重蛙要问摄题：1)首先弹必须苍保证浊开挖偏面稳训定，雪不使阿其坍计塌破础坏；2)抑制贱开挖尚面的傍移动陆趋势纱，在州掘进遍时使庸地层厦变形嫁最小佛；3)绝对雕保证晶不发骆生泥要水压吐力急沸剧的栏降低笛，开土挖面纳崩坏希的泥动水的矮喷发地现象坡；4)对于答砂性屑土，墙砾石岗地层添，由桑于散森逸即江过滤传过多贸，发拨生泥涝水压换力的析低下扒和泥匆水的风补给盖等问欺题，定为了舌使该较种问求题不住出现满，用折改变尺泥水林形状惊的方宝法基铺本可抽以解渡决。关于米盾构旦泥水墓劈裂膝的初拨步结域论(1洋)当盾则构掘基进位震置的写主应雷力差砌很小(相当哑于无闯上荷拣载)时，扔劈裂将架从盾数构切赤削面匙上半辽圆处盯发生代，并折以近搜似平厦面形籍式斜约向上发展垫。(2节)当盾匹构掘煎进位惩置的汽主应滚力差踢较大技时(相当您于有摊上荷慈载)时，帐劈裂将对从盾芬构切吼削面接上半倘圆处绑发生俭，并珠以近今似平队面形迎式铅沃直方向发比展。(3膨)当泥株水压告力小性于劈电裂压碎力时映，从踏切削尸面圆自周向缺外放凶射状修发生小的巧劈裂垄缝酷，劈遍裂缝鞋发生促的间刺距与课刀具是前端塞到盾翁壳前则端的外距离L相等兼。(4旦)泥水保喷发传现象浙是否金发生掀，与祝劈裂垂缝处梳的泥怪水压芦力的单作用款时间t0以及声劈裂恩发生低后伸砖展到膛达水烫底的街时间ts相关削。ts＜t0时泥水谜喷将渠发现写象发犬生。(5拆)根据牺模型负试验亩及理沿论分漏析结掘果，读覆土饭厚度母为1D范围怒内，衬劈裂发渠生有板可能病伸展意至水丽底，仰可能毙发生伴泥水筹喷发加。(6穗)在一超般情衣况下叼，如饭不是元覆土添厚度谅过浅妙，或疫者由籍于长壮时间洞停机或貌者液看压泵王误动铲压力绳过大壮，泥欺水喷马发现腾象不消会发卷生。搏为了防哥止泥蛋水劈念裂现柏象发铺生，滩应加梁大泥往水的毛黏性男或加税快掘句进速贤度。五、越高水付压小斗覆土摊南京辟长江脚隧道葵案例（1）江省中水仗压高南京援长江情隧道载盾构献机工泥作压垄力约6.紧5b拌ar针,在同箭等直季径及例更大侵直径和泥水家盾构致项目牵中是蒜世界管最大抽的。东京怕湾海警底隧昏道为珠最大苍水压6b怠ar消,荷兰输格林纱哈特纠隧道怖最大纽奉水压丝式为5.玩5b没ar；长优江上浊的另辱外两挠条盾穿构隧虫道，斗上海作沪崇营苏和歌武汉然过江高隧道米，水梳压为5～5.依5b卸ar。1.基本忌条件（2）江鬼中段策覆土俯厚度艰小水庸压大视地层懂突变江中宴段最至小覆坛土厚祥度小赢于1倍盾慌构直漆径，氏江中最小完覆土迷厚度10飞.2搞m。尤兰其是久江南衔冲槽他段覆被土厚度抄仅11腿.4坊9景m（0.誉7D），恶其前疏方以骡大坡推度覆土厚片度增这加，陕切削扫面稳愿定和预泥水夕力很贷难控制，泡稍有帅不慎第，就锄有可记能发帝生泥心水劈殿裂、星江水倒士灌事姜故。2.现场危泥水普盾沟亮劈裂士试验(1腔)试验宰区条拦件隧道作井出副洞中届心深勇为13趁.7顷9m驾(覆土打厚6.墨34讲m)，水杀头高术度为12猴.3叠m，覆种土厚绸约为0.弓43鸭D。盾构乌穿越为土层拌主要翁为4层淤相泥质筐粉质仁粘土鬼。该经土层纱含水哥量大飞，孔弱隙比蜓非常思大，阁渗透为系数以小，女强度温指标壳小，您属于安典型懂的软饰弱粘孤土。水塘乓气泡层情况泥水重加压屑试验-1池塘羽泥水讲加压叛试验泥水示加压墨试验-2烤-岸上壤泥水嚼劈裂葱试验8粉细砂7-1粉细砂4-1淤粘土13圆砾16-1中风化岩6淤粘土夹粉土冲槽最低点初始缠水压乌分布选取倾里程K6垒+9惧6.厘2断面进行喘开挖谢面稳栋定分郊析，百该里馅程对应盾构刀盘平刚好疫处于堵冲槽非坡脚闭正下菌方，为找珠出维扣持开腹挖面垃稳定莫的最松小支脂护压居力（战主动慰土压悔）和某最大布支护兴压力殃（被可动土富压）宝，分悠析时尚在开矛挖面驳分别召施加民不同忆的支糕护压摧力进巨行试催算，奇压力菊梯度饿变化退取为0.言13磁ba洋r/张m，以忠便与裙泥水臣密度句相对计应，革模型幅中管片农和盾钩体采唱用壳管单元潮（sh款el经l）、弹撑性材睁料模拟任，地层皂采用舟实体午单元帖、摩释尔库及仑材掌料模国拟，席查看素地层事和开赠挖面猫的竖滚向和尽水平阻位移牌变化涉，分调析时掉不考挂虑地面层中垂孔隙弦水压乡丰的变丝式化。度