轨道交通工程精益建造管理-徐州某区间上软下硬地层盾构施工案例.docx

徐州某区间上软下硬地层盾构施工案例

工程概况

某区间起止里程为右DK12+901.177~右DK11+208.85、左DK12+901.177~左DK11+208.85，右线长度为1692.327单线延米、左线长度为1713.406单线延米（含长链21.079），全长3405.733米。本区间穿越主要地层有（2）4-2粘质粉土层，（2）4-3砂质粉土层，（2）5-3粉砂层，（2）3-3粘土层，（5）3-4粘土层，（11）2-3中风化石灰岩。盾构穿越故黄河北岸上软下硬地段里程为右DK11+7556~右DK11+612.27（955环~1070环）左DK11+758.655~左DK11+611.755

（970~1085环）穿越长度149m。

水文地质条件

盾构施工涉及土层分析

盾构涉及的⑵5-3层粉砂中密～密实状。盾构过程中易产生流砂、坍塌。盾构掘进穿越粉（砂）性土时，掘削土不仅流动性差，而且渗水性大，故需确保止水性。

盾构施工涉及岩层分析

⑿4-3层中风化灰岩属较硬~坚硬岩，较完整，强度高，盾构推进阻力大，刀头磨损容易，盾构姿势难控制。

软硬界面（土石界面、软硬岩界面）

本区间盾构穿越软硬岩界面时，地层强度差异大，阻力不均，容易造成盾构推进困难、盾构姿势控制困难，推进方向偏离设计轴线，且容易造成较大的地面沉降。

流砂

本工点盾构揭露⑵4-2层黏质粉土稍、⑵4-3层黏质粉土、⑵5-3层粉砂，需考虑产生流砂的可能性。

盾构掘进参数控制

通过试验段的掘进，熟悉该段地质情况，并调整好机械设备和后配台车的配合一致性，确保盾构施工的安全性和连续性。按照设定的土仓压力、掘进速度、总推力、刀盘转速、出土量、同步注浆量、注浆压力、浆液稠度、二次注浆压力和注浆量等施工参数，结合监测的沉降大小对参数进行合理的调整，最后得出盾构穿越的施工参数，确保穿越地段的故黄河北岸上软下硬地段、地面的沉降满足各方的要求。对施工过程中的各项参数做好详细记录。将进入故黄河北岸上软下硬地段前20环作为试掘进段。

盾构机穿越施工的前置条件

选择在距离故黄河北岸上软下硬地段20环处停机，停机过程中，做好保压及盾构机工作状态保持等相关工作，检查刀具磨损情况，将磨损刀具开仓换刀。

盾构机各项工作状态优良，满足条件后，协调地方政府相关部门，确保盾构施工过程中出土的连续性，保证盾构机不在河道中停留，降低施工风险。

同步注浆、二次注浆材料准备充足，做好相应的应急措施。

试验段控制管理

根据变化情况，控制掘进速度，掘进控制管理主要有以下八个方面：土仓压力、推进速度、总推力、排土量、刀盘转速和扭矩、注浆压力和注浆量、浆液质量、盾尾油脂注入量。

盾构掘进渣土改良

盾构机具有的渣土改良设备

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组成：泡沫系统、膨润土装置、土仓压力控制系统。

泡沫装置

泡沫装置主要由活性剂泵、水泵、空压机、泡沫发生器、管路及阀件等组成，安放在后方台车上。

泡沫装置首先按一定比例将活性剂和水分别由活性剂泵和水泵泵入泡沫发生器，然后在在泡沫发生器中进一步和压缩空气进行混合生成泡沫，其中一部分通过四条独立的管道将泡沫经过盾构机前部的中心回转接头输送到刀盘，其余部则经过各自的管道进入土仓和螺旋输送机对碴土进行改良。

泡沫的加入具有手动和自动多种控制方式，并可根据实际需要实现泡沫混合比例、加注数量和加注点的不同选择。

膨润土装置

膨润土装置主要由注浆泵、储浆箱、管道、自动阀门等组成。安放在后方台车上。膨润土由膨润土泵泵出，经管道通到前面的密封土仓和螺旋输送机内，对碴土进行改良。膨润土的注入可实现手动控制和自动控制。

土仓压力控制系统

土仓压力控制系统主要有土压传感器等元件组成。土压传感器安装在土仓里。土仓里面的土压力通过传感器反映到显示屏上，操作人员通过观察显示屏了解土仓里的压力变化，从而做出相应的调整。

渣土改良剂选择

在盾构机掘进时，向开挖面、土仓等处加注改良添加剂，其具体功能如下：

对于富含水砂层，一方面止水，另一方面可以改善砂的和易性。

在砂性土和砂砾土地层中，可以起到支撑作用而且可以改善土的流动性。

在粘性土层，可以防止渣土附着刀盘和土仓室内壁，另一方面，由于改良剂中的微细气泡可以置换土颗粒中的孔隙水，因而可以达到止水效果。

结合区间实际地质情况施工中拟采用膨润土浆液和泡沫剂配合试验进行渣土改良。

渣土改良方案

本次试验主要计算膨润土浆液、泡沫剂与渣土的配比，到达渣土改良的初始配比，以指导前期盾构施工。具体实验步骤为：①在施工场地取与隧道所处地质条件相同的渣土；②分别做膨润土与水的配比、膨润土浆液和泡沫剂与渣土的配比；③得到膨润土浆液和泡沫剂与渣