施　工　技　术CON STRU CT I ON T ECHNOLO GY 2001年2月第30卷　第2期[单位地址]上海市漕溪路201号　200233,电话:(021)64387243—39,主要完成者:华学新、丁志诚、周文波、曾林鹤、任道真。

泥水加压平衡盾构工法(YJ GF 02-98)上海隧道工程股份有限公司　[中图分类号]TU 621;TU 94+1[文献标识码]B [文章编号]100228498(2001)022*******Con struction M ethod of M ud -wa ter Pressure -add i ngBa lance Sh ield (JGF 02-98)S hang ha i T unnel E ng ineering S tock Co.,L td . 泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的泥水工法中发展起来的,它起源于英国,日本代表着当今世界的新潮流。

上海隧道工程股份有限公司于1994年引进了日本设计并制造的 11220mm 大型泥水平衡盾构,并将其运用于延安东路隧道南线的圆隧道施工,其中《超大型泥水平衡盾构施工参数及地面沉降控制研究》等几项科研项目获得1997年上海市科技进步奖。

1　特点粘性土层具有平衡效果好、施工速度快、质量和精度更高的特点。

泥水加压平衡盾构具有以下特点:(1)在不稳定的地层中当开挖面受阻时,采用泥水加压能使开挖面保持稳定,确保施工安全。

(2)在水位以下挖掘隧道,能在正常大气压下进行。

(3)不会发生气压盾构那样的跑气喷发危险。

(4)对于气压盾构无法施工的滞水砂层,含水量高的粘土层及高水压砾石层,泥水盾构均能进行施工,其适应土质的范围较广。

(5)由于采用了水力机械输送泥浆,管道占用空间小,故井下作业环境好,作业人员的安全性高。

(6)可分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。

2　适用范围选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水,因此,施工水源要充足,还需要一套泥水处理系统来辅助施工。

该工法适合在多种土层中掘进隧道。

泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D 的厚度,如果超过此范围,需采取特殊技术处理。

3　工艺原理311　泥水加压平衡盾构泥水加压平衡盾构与土压平衡盾构相比较有两点不同:①由技术特点决定了改土压舱为泥水舱;②由于出土形式的改变,省去了螺旋输送机,因此,盾构内部的空间扩大了许多,给设备的保养、维修带来了极大的方便。

312　工作原理泥水加压平衡盾构工作原理如图1所示。

图中M V 阀一般常闭,V 1…V 5阀为状态互换阀,通过阀的切换,分别形成循环、推进、逆洗等三种状态。

由P 1泵将满足施工的泥浆从调整槽内送入盾构泥水舱,使泥水舱内保持一定的浓度、压力,推进时利用盾构前部的刀盘旋转切削,将正面土体切削下来的原状土以条状或块状通过挤压进入泥水舱,经过搅拌器充分搅拌,由P 1…P n 泵输送到泥水处理站,再从混合泥浆中回收大部分泥浆进行调整进入调整槽重复利用,另一小部分劣浆或干土外运。

图1　泥水加压平衡盾构工作原理值得注意的是在开挖面无论是推进阶段还是拼装阶段始终保持着一层泥膜,当刀盘刀头将泥膜切削后,新的泥膜很快形成,周而复始,即这层泥膜始终保持着开挖面的稳定。

4　工艺流程施工准备(包括泥水系统、同步注浆、中央控制室等设备安装)→盾构就位、调试→系统总调试→盾构出洞→盾构推进、同步注浆(施工参数的采集与调整)→管片拼装→盾构进洞→拆除盾构、车架及其它设备→竣工。

5　施工要点泥水盾构的施工要点基本类同于其它盾构,除了一些共性外,还需掌握以下要领。

511　泥水管理泥水管理就是对泥浆质量的控制,即对泥浆四大要素的调整。

四大要素为:最大颗粒粒径,粒径分布,泥浆水密度和泥浆水压力。

(1)泥水配合比　出洞初期要配制大量的工作泥浆。

工作泥浆的配制分2种,即天然土泥浆和膨润土泥浆,前者成本低,但在天然粘土中或多或少存在些杂质、粉砂等,故质量不太高;后者成本高,但浆液的质量可得到保证。

天然土泥浆配合比(重量比)为天然粘土 C M C 纯碱 水=400 212 11 700。

膨润土泥浆配合比(重量比)为膨润土 C M C 纯碱 水=330 212 11 870。

泥浆质量指标如下:泥浆密度112g c m 3;泥浆粘度30s(漏斗粘度);析水率<5%;颗粒<74Λm 。

84表1　工作泥浆调整配合比主要土质粉　砂粉质粘土粘　土粘度(s)25～2923～2621～24比重(g m3)>11211123～11271124～1129增粘浆料可选配合比(供参考)水中粘纯碱水低粘纯碱水高粘高粘纯碱(m3)CM C(kg)(kg)(m3)CM C(kg)(kg)(m3)CM C(kg)CM C(kg)(kg) 10400500500501012512550水高粘高粘纯碱水低粘中粘纯碱水中粘纯碱(m3)CM C(kg)CM C(kg)(kg)(m3)CM C(kg)CM C(kg)(kg)(m3)CM C(kg)(kg) 10200200100102002001001040050 (2)泥水的检查和调整　在具体施工中,要配置实验室和专门技术人员,每隔2环对泥水进行测定,一旦发现泥浆劣化,要及时进行调整。

另外,根据不同的土质,也要及时对泥浆加以调整,调整的效果主要看综合资料反映,因为施工情况是千变万化的,所以调整配合比也不是固定不变的,建议调整配合比如表1所示。

512　切口水压泥水舱压力的提高将有利于泥膜的形成,但泥水压力不应无限制地过高或过低,泥膜前后的任何压力差的绝对值的增大都对开挖不利,要保持这层泥膜始终存在,就必须保持泥水舱压力与盾构前的水压力平衡。

泥水压力的增加会使作用于开挖面的有效支撑压力增加,但不得超过其上限值,泥水舱压力即切口水压可通过计算得到,参数的调整仅在此范围内调整。

513　掘进管理泥水加压平衡盾构掘进是一个均衡、连续的施工过程,因此掘进管理是一个系统管理,作为管理人员,特别是盾构的大脑——中央控制室责任非常重大,在盾构每环掘进前要发出正确无误的指令;在掘进中要密切注意各个施工参数的变化情况;在掘进结束后根据采集到的各种数据进行分析,作出适当的调整,准备下一环的指令。

具体工作如下:(1)掘进前下达指令　①切口水压设定;②送泥水密度、粘度等技术参数设定;③同步注浆量、压力的设定;④推进速度的设定;⑤进泥、排泥流量的设定。

(2)掘进后对下列参数分析,然后作出相应的调整　①地面沉降量——切口水压是否要变化;②泵的电压、电流、转速、流量、扬程——设备是否正常运行;③进、排泥流量偏差——判断输送管路是否畅通,是否发生超、欠挖;④千斤顶总推力——泥水舱压力是否匹配;⑤隧道稳定情况——同步注浆系统是否满足要求;⑥开挖面稳定,掘削量管理,送、排泥泵挖掘,同步注浆状态——推进速度是否适当。

应当指出,上述关系不是简单的相对关系,任何一个指令的产生都要考虑到相互之间的综合关系,有时从环报表上反映的问题很多,这时就要先抓住主要问题逐一化解,切不可全盘调整,一步到位,那样会使问题更加复杂化。

514　泥水处理泥水处理是通过机械的或化学的方法对输出的泥浆进行处理,其主要目的是2个:①将原状土从工作泥浆中分离出来;②将>74Λm的泥颗粒从一次处理后的泥浆中分离出来。

泥水处理可分为多级处理,一般为2～4级,其过程为:粗滤→化学处理→旋流器分离→压密。

废弃的劣浆由于仍有相当高的含水量,不能直接装车,经过压滤工艺脱水、变成泥饼方可外运,而水可重复使用。

如果对泥浆的要求很高,即对泥浆彻底处理,泥水处理的级数还可提高,但成本也高。

515　注浆管理推进中应及时充填盾尾处建筑空隙,一般可采用同步双液注浆。

对沉降量要求小的范围可作跟踪注浆或补压浆。

注浆管理的目的:①防止土体松弛和下沉,减少地表沉降;②保持隧道衬砌的早期稳定;③提高衬砌接缝处的防水性能。

同步注浆材料以双液注浆为例,分A液、B液2种,配合比如表2所示。

表2　每m3注浆材料的原料用量A液B液固化材料(kg)辅助材料(kg)稳定剂(L)水(L)速凝剂(L) 26060215～31081080～90 其它注浆方法类同“土压平衡盾构工法”。

516　泥水加压平衡盾构的进出洞泥水加压平衡盾构进、出洞止水密封是盾构顺利进出洞掘进的基本条件。

由于盾构工作井一般在制筑过程中对周围的土体有不同程度的扰动,同时在对洞门处理中,难免对土体带来不稳定因素,以及进出洞盾构覆土较浅等不利工况条件,若不针对性地对洞门圈作处理,盾构将遇到许多不利情况,因此,在施工前必须要遵循泥水加压平衡盾构的特性,制定必要的进出洞施工工艺,特别要注意以下3点:(1)洞门区加固不宜采用旋喷桩、深层注浆等加固措施,以免造成盾构吸口堵塞,反复地清舱、逆洗会引起盾构周边土体的流失。

(2)如果盾构开挖面面临的是回填土等杂土,必须使盾构吸口前具有破碎、粉碎装置。

(3)洞圈止水装置宜采用可调节装置,以便在盾构姿态改变的情况下,及时调整止水体与盾壳的间隙。

6　工程实例1994年,上海隧道工程股份有限公司引进了日本制造的超大型泥水加压平衡盾构,用于建造延安东路隧道南线,经受了穿越仓库、浅覆层、防汛墙、地下车库、地下人行道、高层建筑等的严峻考验,成功地穿越了黄浦江,盾构曾创下日推　(下转第34页)942001N o.2上海隧道工程股份有限公司:泥水加压平衡盾构工法(YJGF02-98)落在置信区间[f cu1,f cu2]之内的概率为95%,f cu,m0大于f cu2的概率只有215%,f cu,m0小于f cu1的概率也只有215%。

这样一来,对检测数据的算数平均值可信程度有了一个定量地估计。

显然,减小均值检验的显著性水平Α,置信度得到提高,检验数据的可信程度提高;缩小置信区间,减小f cu2与f cu1之间的差值,使检测数据的精度得以提高。

合理的确定可信程度和检测精度则是以下需要解决的实际问题。

212　芯样数量的估计在进行芯样数量估计时,首先应解决置信度的问题,按照统计学的常规和建筑结构的要求,混凝土强度均值的置信度宜为95%,也就是显著性水平Α=0105。

在特定情况下,置信度可适当降低。

其次,应解决估计精度问题。

估计精度可有两个方面的控制,其一为:(S n)t a,f≤215M Pa;其二为:(S n) t a,f≤0115f c cu,m。

可取两个值中的较大值。

有限定可以保证平均值评定有理论依据,并确定合理的取芯数量。

满足限定条件(S n)t0105,n-1≤215M Pa时的芯样数量估计如表1所示。

由表1可以看出,当S=3～4M Pa时,芯样试件的数量应在8～12个之间,当混凝土强度较高时,S增大,宜使用(S n)t a,f≥0115f c cu,m的限制条件。