超大直径泥水盾构超黏地层施工技术.pdf

1超大直径泥水盾构超黏地层施工工法超大直径泥水盾构超黏地层施工工法1.前言1.前言超大直径泥水盾构常压刀盘开口率小，在穿越黏性颗粒含量较高地层时极易出现刀盘刀具结泥、仓内滞排、掘进参数突变等异常，严重时需带压进仓清理，增加施工风险的同时也严重制约施工效率。针对该地层特点及施工难点，从大直径泥水盾构掘进模式、掘进参数、泥浆管理、环流及刀盘冲刷等方面进行分析研究及技术创新，总结形成超大直径泥水盾构穿越超黏地层（富含黏土矿物）的施工工法，取得较好效果。2.工法特点2.工法特点2.1 可有效提高施工效率针对超黏地层遇水膨胀、黏性增加的特点，以预防为主、防治结合、综合治理为主要原则，采取泥水仓上部 1/31/2 压缩气体、下部 2/31/2 泥浆辅助气压模式，减少了地层与泥水长时间接触而引发的膨胀、粘性增加，降低了刀盘刀具结泥的概率，并可降低刀盘扭矩；同时通过采取严格控制泥浆质量、增加循环泥浆流量、周期性洗仓、高压水刀冲洗等措施防止仓内滞排引起的刀盘结泥，掘进参数稳定，规避了带压进仓及减黏剂泡仓，有效提高施工效率。2.2 可有力保障施工安全通过对地质情况、周边建构筑物、地下管线等进行严密调查，针对辅助气压掘进带来的风险制定针对性措施，降低了刀盘结泥带来的掘进参数剧变、无进尺，降低了频繁带压进仓、减黏剂泡仓风险，有效控制地表沉降。2.3 工艺参数具体，实操性强通过对施工参数、控制指标等进行量化，施工目标明确，规避施工过程中繁琐复杂的程序，可操作性强，有效解决了此地质条件下各种疑难杂症，为后续类似工程盾构掘进奠定了基础。3.适用范围3.适用范围本工法适用于超大直径泥水盾构在超黏地层中的掘进施工。4.工艺原理4.工艺原理地层中的黏性颗粒遇水易膨胀、粘性增加，进入泥水仓后在仓底沉积，引发滞排，进而使刀盘扭矩增加、掘进速度明显降低，并逐渐堵塞刀盘溜渣口。本工法工艺原理如下：4.1 通过采取辅助气压模式掘进，减少了黏性地层与泥水长时间接触而引发的膨胀、黏性增加，降低了刀盘刀具结泥的概率，并可有效降低刀盘扭矩。4.2 严格控制泥浆指标，通过增大泥浆循环流量及刀盘中心冲刷流量，辅以周期性洗仓措施，使泥浆快速流动，一定程度上缓解了常压刀盘开口率过小导致的渣土流动不畅，降低了仓底积渣滞排的概率。4.3 高压水刀定期冲洗刀盘溜渣口，降低堵塞风险。4.4 通过大数据平台严密关注掘进参数，通过刀具监测系统适时监测，有问题时及时调整、更换。25.5.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1 施工工艺流程施工工艺流程施工工艺流程见图-1：5.1-15.1-1 超大直径泥水盾构超黏地层施工工艺流程超大直径泥水盾构超黏地层施工工艺流程5.25.2 操作要点操作要点5.2.15.2.1 地表环境调查及预处置地表环境调查及预处置根据施工调查情况、建构筑物安全鉴定评估报告及地质详细勘查报告，对地表建构筑物、地下管线等施作相对应的预处置措施，如预埋跟踪注浆管、注浆加固等，必要时应进行地质补勘。5.2-15.2-1 建构筑物加固示意图建构筑物加固示意图35.2.25.2.2 气压辅助模式掘进气压辅助模式掘进（1 1）气压辅助模式掘进）气压辅助模式掘进以每 300mm 为一掘进周期，掘进的同时辅以防滞排施工控制、高压水刀冲洗、掘进参数管理及刀具状态监控。（2 2）气压辅助模式掘进的使用、关闭条件）气压辅助模式掘进的使用、关闭条件使用前提条件：盾构机刀盘上覆土以及刀盘前方掌子面地层稳定，且气密性良好；使用过程关闭条件：掘进过程中，通过控制进排浆流量差，使泥水仓液位无较大波动，并时刻关注空压机状态及保压系统排气量，调节阀开合度0.7 时应立刻恢复满仓掘进。5.2-25.2-2 保压系统监控保压系统监控（3 3）气压辅助模式的转换）气压辅助模式的转换缓慢打开泥水仓与气垫仓联通阀，单次开启不超过阀门的 1/3，待压力稳定后，按照每梯度 1m降低泥水仓液位至工作液位（按需调整，如 1/3 仓气体），同时按照每梯度 0.1bar 调节上部气压至掘进所需稳定压力，过程中需注意观察泥水仓液位及上部压力变化情况。（4 4）气压辅助模式掘进压力计算）气压辅助模式掘进压力计算对掌子面暴露在气体下每种地质亚层的稳定压力进行计算，取最大值作为掘进压力的理论设定压力。理论设定压力 P=iHitan(45-i/2)-2Citan(45-i/2)i：第 i 层土的重度，地下水位以上取土的天然容重，地下水位以下取土的浮容重Ci：机顶土层的粘聚力，当土体为砂性土时，则 Ci=0i：机顶土层的摩擦角结合前期掘进过程中地表沉降情况及保压试验时气垫仓液位上升情况，对设定压力进行适当调整。（5 5）地层气密性试验）地层气密性试验1）转换为气压辅助模式，待液位达工作高度、气压稳定后，保压不低于 2h，保压系统补