时间: 2024-06-21 05:09:47 | 作者: 安博体育官方登录网站入口
上期，我们带大家详细揭秘了前海-南山深隧系统工程超深基坑建设要点（点击回顾）。
今天我们将继续深入这项工程，了解其建设背后的故事，看看项目团队如何通过采用超深复合式土压平衡盾构实施工程技术，解决复合地层盾构施工的重难点问题。
复合式土压平衡盾构实施工程技术在国内地铁工程中得到普遍应用，虽然实施工程技术日臻成熟，但在不一样的地区、不同地质水文条件下各有特点。
本期将介绍前海-南山排水深隧系统工程采用的超深复合式土压平衡盾构实施工程技术，其中采取土体改良、控制掘进速度及出土量、同步注浆等技术措施，为今后同类地质、水文条件下盾构隧道施工积累了一定经验。
复合地层最重要的特点是工程范围内的岩性变化频繁，物理力学特性差异大，基岩风化界面起伏大，断层破碎带分布密集，含水量差异明显。
具体表现为：同一里程隧道横断面表现为上下或左右软硬不均，在隧道纵剖面上表现为软硬相间，其中隧道断面地层的复合特性，对盾构施工的影响尤为明显。
前海-南山排水深隧系统工程主隧为盾构隧道，隧道顶部埋深36-40m，隧道断面及上覆的地层从地表至下依次为：填土层-淤泥层-中、粗砂层-残积土层-全、强风化混合花岗岩-弱风化混合花岗岩-微风化混合花岗岩。
2．残积土的粘土以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，会在刀盘表面或土仓内形成泥饼。
3．上软下硬或上硬下软的不均匀地层难以全天候进行动态平衡控制，易导致顶部坍塌。
5．富水断裂带和岩石破碎带等地层会导致螺旋输送机出土口涌水涌砂，造成施工困难。
总体而言，在盾构掘进的过程中，根据理论计算、前期试掘进数据和监测数据及时作出调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等掘进参数，防止超挖，以减少对周围土体的扰动，使盾构机按既定线路精准平稳掘进。
为保证一个正常的工作范围，减少刀盘的磨损，在掘进过程预先对掌子面土体进行改良，通过对刀盘前方土体注入泡沫剂和水，以减少刀盘的扭矩，降低刀盘的磨损，并使渣土具有和易性。为改善土体的流塑性和开挖面的稳定性，有效的开挖面稳定辅助支撑装置主要由三个部分所组成：泡沫系统、膨润土装置、土仓压力控制系统。
下穿建（构）筑物时保证推进速度的恒定、稳定，严控盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏，每环最大纠偏量不超过5mm。在下穿建（构）筑物的推进过程中，每60cm通过导向系统自动测量一次盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，同时在盾构下穿期间，保持匀速推进。按照盾构区间的地层情况，掘进速度一般控制在6-15mm/min，来保证盾构机平稳地下穿建（构）筑物。
盾构机开挖每环理论出渣量为V=1.5×πR²，即考虑渣土松散系数1.5，每环理论出渣量约为86m³。在盾构机穿建筑物时，将出土量控制在80-86m³。掘进前由现场工人负责将渣土箱倒干净，掘进过程中由盾构主司机和工程技术人员共同把控掘进进尺与每渣箱土的匹配，按照盾构掘进长度35-37cm每箱渣土来控制。若出现异常，需按规定及时分析原因并采取补注浆等措施。
盾构推进过程中同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要方法。盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆、地面沉降等风险。因此特别是在盾构下穿建（构）筑物期间，必须确保盾构推进轴线与设计线路相吻合，盾尾四周间隙均匀，并采取加大性能较好的盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失。
在盾构机处于拼装状态下，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装。等待几分钟待周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩。回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求就可以。管片拼装需安排熟练的拼装工进行，最好能够降低拼装的时间以缩短盾构停顿的时间。拼装过程中发现前方土压力下降，能够使用螺旋机反转的手段，将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方，起到维持土压力的作用。该环管片拼装结束后，尽快恢复先前的推进。
盾构推进过程中长时间的停机可能会引起一定的地面沉降。虽有监测手段进行实时监控旁边的环境变化，但为了安全稳定，盾构机将尽可能保证24h连续推进。尤其是在穿越建（构）筑物前将会同设备供应商对盾构机及其部件进行全方位的共同检测维修保养，并对也许会出现的故障预先做好修理准备，对主要设备零件的备件在掘进前配备齐全。
在盾构下穿建（构）筑物期间，补充安排专人24h值班巡视，一经发现异常现象，按照应急处置流程立即上报，并依据情况采取适当措施予以处理。
本工程采用土压平衡式盾构掘进机，利用的是压力仓内土压力来平衡开挖面土体，进而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。
平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节。这里面包含的推力、推进速度和出土量三者互相关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建（构）筑物，并配合实时监测信息的分析，及时作出调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。
最后根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时作出调整注浆量，从而精准控制掘进线路，并把地层变形控制在允许的范围内。
在盾构穿越建（构）筑物后，继续对掘进途经的建（构）筑物结构可以进行监控量测，并进行24小时不间断巡视，一经发现非正常现象或建（构）筑物变形超标，及时采取地面注浆加固。
沿房屋结构外1.5m线施做一排袖阀管注浆钻孔，间距1m，尽量打设斜孔到房屋投影下方，孔口进入基础以下不小于3m。钻孔布置可根据现场真实的情况适当调整位置及间距，在无条件打设斜孔位置可设置竖向孔，整个注浆完成后要采用水泥浆对注浆孔进行封孔处理。
注浆采用的水泥浆，浆液材料选用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比宜在0.75:1～1:1。
注浆以加固土体，提高建（构）筑物基础承载力为目的，同时也考虑到建（构）筑物的安全，施工全套工艺流程中通过加强监测，缓慢加大注浆压力。注浆压力一般控制在0.3-0.5Mpa控制，注浆3次，每次持续10-20min。在达到设计注浆压力后，地层的吃浆量小于2-3L/min，且地面无隆起、跑浆、冒浆时终止注浆。
先基础两边后中间，隔孔交替注浆。注浆中应遵循“低压慢灌、反复多次、隔孔交替”的原则。
注浆压力逐步升高，当到达设计终压并持续注浆30分钟以上结束注浆。注浆量与设计注入量大致接近，注浆结束时的进浆量，一般都在3L/min以下。另外，根据监测信息反馈，累计沉降及不均匀沉降经分析确认得到一定效果控制的情况下可以适时提前结束注浆。
复合式土压平衡盾构施工主控项目为管片防水、管片拼装质量、地表沉降监测等。其中掘进参数把控、地表沉降控制对整个项目的实施工程质量安全起到了决定性的作用。掘进参数的设定不合理，可能会引起地表沉降、建（构）筑物开裂或变形、地面塌陷等情况，对旁边的环境及生命财产等造成损失且后果无法估量。
因此，复合式土压平衡盾构施工对一系列掘进参数的设定要求很严格。只有通过盾构机在不同地层不同环境做到科学合理的参数设置，才能为掌子面刀盘刀具作业提供更好的工作环境，从而精准控制掘进线路、严控地层变形，确保盾构隧道实施工程质量安全。同时，科学合理的掘进参数也能降低一定的实施工程的成本，为项目创造更多的效益，达到为项目增值的目的。