土壓平衡盾構施工中常見問題及措施

2021-08-16 00:14:30 字數 2870 閱讀 4992

接觸盾構機半年多了,對盾構機常見的問題有了一定的認識和體會,總結下以供參考學習!

1 盾構機身滾動問題

盾構機身滾動是由於刀盤切削開挖面土體產生的扭矩大於盾構機殼體與隧道洞壁之間的摩擦力矩而產生的。在兩地層分介面掘進時,由於岩性差別太大且岩層穩定性較好,此時扭矩很大,而盾構機殼體與洞壁之間只有部分產生摩擦力,當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產生的扭矩時將引起盾構機身的滾動,過大的滾動會影響管片的拼裝,也會引起隧道軸線的偏斜。一般情況下,當滾動偏差超過0.

5°時,應及時採用以下方法進行糾正。

1)針對性地加註泡沫減小刀盤扭矩。

2)及時注漿,確保注漿量,採用活性漿液等措施增大盾構周邊摩擦力。

3)改變刀盤旋轉方向,放慢推進速度。

2 泥餅問題

盾構機穿越粘性土層時,由於刀盤面需維持較高的壓力,而且溫度一般也很高。這樣粘性土在高溫、高壓作用下易壓實固結產生泥餅,特別是在刀盤的中心部位。當產生泥餅時,掘進速度急劇下降,刀盤扭矩也會上公升,大大降低開挖效率,甚至無法掘進。

施工中主要採取下列措施。

1)在到達這種地層之前把刀盤上的部分滾刀換成刮刀,增大刀盤的開口率。

2)適量增加泡沫的注入量,減小碴土的黏附性,降低泥餅產生的機率。

3)刀盤背面和土倉壓力隔板上設攪拌棒,以加強攪拌強度和範圍,並通過土倉隔板上攪拌棒的泡沫孔向土倉中注射泡沫,改善渣土和易性,增大渣土流動性。

4)必要時螺旋輸送機內也要加入泡沫,以增加碴土的流動性,利於碴土的排出。

5)採用2/3倉土加氣壓模式掘進。

6)一旦產生泥餅,可空轉刀盤使泥餅在離心力的作用下脫落。確保開挖面穩定的情況下也可採用人工進倉清除。

3 螺旋輸送機噴湧問題

當基岩裂隙水發育時,隔水層厚度不一致且常缺失。在這種地層中,如果盾構機沒有連續掘進或掘進間歇,以及同步注漿不密實形成流水通道,水壓較大,土質不良,進入土倉的渣土不具有一定的塑性(粘土礦物質含量少,密水性差),那麼承壓水與無塑性渣土容易形成螺旋輸送器噴湧。針對這種情況可採用下列措施。

1)隧道下坡並處於硬岩含水地層中時,必須切斷管片與圍岩間隙匯集的地下水與開挖面的水力聯絡。管片處於硬岩含水層中長度越長,管片背後儲存的水力和壓力就越大,這就要求同步注漿效果必須達到完全封閉襯砌空隙並阻水,避免土倉與管片背後形成水力通道。

2)嚴格控制進尺、出土量,保證盾構機連續均衡快速通過。

3)盾構機停止掘進時,土倉內壓力設定為外界水土壓力,繼續保持壓力平衡。在螺旋機再次排土前,刀盤應把土倉內的水、土充分攪拌,使其有良好的密水性,避免噴湧。

4 管片上浮問題

盾構機在掘進的過程中,隧道管片發生錯位,多數情況是因為管片上浮。管片上浮主要是受工程地質、水文地質、襯背注漿質量、盾構機姿態控制等因素的影響。當管片脫出盾尾後,由於盾構掘進過程中的蛇形運動、超挖以及理論間隙,管片與地層間存在一環形建築空間。

環形建築空間一般採用襯背注漿工藝填充,但如果注漿量不足或者是注漿壓力不足,導致襯背漿液不能密實地充填環形建築空隙,尤其是隧道頂部分,從而為管片上浮提供了可能。如果盾構機在含水地層掘進時,即盾構機掘進形成的環形建築空間在充滿水,或者在充填環形建築空隙漿液初凝時間很長的情況下,隧道管片則全部浸泡在盾構掘進形成的「圓形坑道」之中,當管片所受到的浮力大於管片本身的自重時,管片本身就有上浮的趨勢。可採取下列措施加以控制。

1)在漿液效能的選擇上應該保證漿液的充填性、初凝時間與早期強度、限定範圍防止流失(漿液的稠度)的有機結合,才能保證隧道管片與圍岩共同作用形成一體化的構造物。

2)襯背注漿的漿液配比應進行動態管理,依據不同地質、水文、隧道埋深等情況的變化而調整,以控制地表的沉降和保證管片的穩定。

5 盾尾漏漿問題

造成盾尾漏漿主要有以下幾個原因:一是盾尾刷磨損;二是盾尾與管片之間隙不均勻;三是襯背注漿壓力過高。可採取下列措施防止盾尾漏漿。

1)在挖掘前對盾尾密封系統進行全面檢查與維護,全面更換已磨損的密封刷。

2)在管片拼裝前必須把盾殼內的雜物清理乾淨,防止對盾尾刷造成損壞;每30環全面檢查1次盾尾密封腔油脂狀況,嚴格控制盾尾油脂的壓力。

3)經常檢查盾尾周邊與管片的間隙,控制好盾構機的姿態和管片選型,保持間隙均勻。

4)進行管片壁後注漿時,壓漿部位為5~8環,並應嚴格控制注漿的壓力。發現盾構漏漿比較嚴重時,應使用初凝時間較短的漿液。

6 地表沉降問題

當土倉內壓力不足以與外界水土壓力平衡時,盾構刀盤面前方土層易坍塌,從而引起地表沉降。管片脫出盾尾後,管片與地層間存在一環形建築空間,在軟岩地層中如果不及時進行同步注漿填充,拱頂圍岩極有可能產生變形引起地表過量沉降。可採取下列措施防止地表沉降。

1)維持土倉內壓力平衡,隨時調整預定壓力。在掘進停止時也應保持土倉內壓力與外界水土壓力平衡,螺旋機再次排土前,刀盤應把土倉內的水、土充分攪拌,使土倉內土體有良好的密水性,避免噴湧破壞土壓平衡。

2)在盾構機掘進過程中保證注漿量和注漿壓力,實際注漿量應達到理論空隙量的150%~200%,必要時要進行二次注漿。盾尾注漿孔口的注漿壓力應大於隧道埋深處的水土壓力。

7  注漿管堵塞問題

注漿管堵塞其主要原因是水泥漿液從拌料到注漿過程的時間太長,以致漿液達凝固時間而易沉澱附著在注漿管內壁,最終造成管路堵塞。解決注漿管堵塞問題的關鍵就是要縮短從拌料到注漿的時間。

1)漿液運輸管路的鋪設要避免管路彎曲造成漿液流速緩慢而沉澱。地面儲料罐至井下漿液車中途下料要採用大口徑輸送管放漿,縮短放漿時間,同時將漿管口盡可能靠近漿液車底部,開啟閘門即可依靠漿液自重放漿。

2)緊湊安排工序,縮短漿液在隧道內的運輸時間。在洞口和砂漿車位置設定電源插座,專供砂漿車攪拌電機用,保證砂漿車攪拌器正常連續工作,避免因施工停頓時間過長而引起漿液離析。

3)砂漿車向盾構機儲漿罐幫浦漿時,降低出漿管高度,同時開啟攪拌機攪拌漿液。

4)在不影響其他管路及運作空間的前提下,適當改善同步注漿管路,減少彎頭、增大管徑,避免漿液在管路中沉積、堵塞。

5)保證盾構機及後配套裝置的正常連續執行,堅決避免盾構機在推進過程中人為的停機造成同步注漿工序中斷而漿液凝固堵塞。

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