土压平衡盾构机过砂层掘进技术

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1、土压平衡盾构机过砂层掘进技术林世友111阳争荣121（广东水电二局股份有限公司，广东增城511340）（广东水电二局股份有限公司，广东增城511340）摘要:本文以实例介绍丫土压平衡盾构机采用高分子材料过砂层掘进新技术，地面沉降得到丫冇效控制，确保了地凼安全，从根木上解决r目前国内土压平衡盾构过砂层沉降难以控制的技术难题，可为类似地层盾构隧道掘进提供宝贵的技术支持和借鉴。关键词：土压平衡盾构机：高分子材料：砂层掘进1案例由广东水电二局股份有限公司施工的广州市轨道交通五号线车陂南站〜三溪站盾构区间土建工程，采用两台日本三菱土压平衡盾构机掘进。盾构隧道设计为双线圆形

2、隧道，区间线路长度为2494.335延米（单线）。隧道内径为5400mm,外径为6000mm,管片宽度为1.5m。盾构掘进方向由东往丙掘进，从三溪站始发，中间过东圃站后继续掘进，在车陂南站东端吊出。盾构从东圃站丙端二次始发后，左右线将分别穿过长度38.1米和82.5米的砂层地质，砂层佼入隧道厚度为2米，地面为黄埔大道路面，不具备加固条件，同时横跨隧道上方分别有0600和中1000两条自來水管穿过，沉降控制要求极高。通过对当今国内外盾构掘进技术的研究和总结，车三盾构项目部采用国际先进盾构掘进技术.•在掘进中加入H本进口高分子材料顺利通过了该段砂层地质掘进，地面沉降

3、控制在12.2mm之内，实现了土压平衡盾构机过砂层的技术突破和创新。2采用高分子材料过砂层实施方案2.1盾构过砂层需解决的问题盾构在建（构）筑物下掘进，首要的问题是要解决地面沉降超标，防止地下管线破裂、地面坍塌造成建筑物破坏及安全事故。盾构在上部为砂层下部为岩层即上软下硬地层掘进，极易造成地面沉降和塌陷，这是也广州地铁盾构施工急需解决的难点。土压平衡盾构机在上软卜硬地层中掘进，由于砂层自穂能力差及富含丰富的地T水，盾构在掘进过程中土压平衡条件难以建立，经常导致地而沉降过大或坍塌等怙况的发生。因此盾构过砂层主要需建立稳定的土压，以解决地而沉降问题。采用高分子材料掘

4、进可以有效解决盾构掘进屮土压不稳定的问题，使整个掘进过程有效建立稳定的土压，确保地面沉降控制在规定的范围内。盾构掘进中地面沉降可分为三类：一力掌子面前方沉降，二为盾构本体上方沉降，三为盾构尾部沉降。采用高分子材料掘进主要付以有效解决盾构前方和盾构本体上方沉降，而盾尾沉降则主要通过同步注浆填充管片与围岩空隙达到控制沉降的目的。2.2高分子材料在掘进中的作用高分子材料是具有出色的吸水性、润滑性和显著的增粘效果的新型加泥工法的添加剂。在传统的加泥工法屮，作为添加剂而使用的是：膨润土、泡沫剂和水等。是针对挖掘土屮的粘土和淤泥类，它附着于粘土和淤泥颗粒的表面，从而形成粘稠

5、而润滑的保护皮膜，使其提高碴土塑性流动性：而在砂层屮掘进，岛分子材料会凝集粘土泥浆粒子，使其胶结形成块状物，从而抵抗地下水的流出，达到减少地下水大S:涌入土仓，提高挖掘时的止水效果。高分子材料：对于砂层有塑性流动性和止水效果•，对于粘性土层有防止刀盘前及土仓内结泥饼现象。2.3髙分子材料有效建立土压平衡的原理在砂层屮商分子材料具有迅速吸收砂层屮的水分，使砂层流动性降低转变为塑性状，在掌子而形成一层泥膜稳定掌子面，达到有效建立土压平衡的目的。这是在软弱地层掘进加入高分子材料与传统注入泡沫、膨润土等添加剂掘进®大的不同。传统的注入泡沫、膨润土等添加剂掘进技术其目的也

6、是试阁建立土仓压力和掌子而的压力平衡，但往往效果较差。砂层流动性状没有得到实质改变,这种动态平衡往往由于砂层极易流动而造成动态平衡无法建立：土仓压力为添加泡沫的气压，掌子面砂层可随气压散失可瞬间涌入土仓造成沉降，或者由于土仓压力大于掌子面压力，砂层被土仓压力挤密，盾构通过后发生应力释放而发生沉降。采用在土仓内注入高分子材料，可在短时间内吸收砂层中大量水分，改变砂层流动性状，转变为塑性状态。由于加入高分子材料无需加压缩空气，土仓土压为实际土压，建立实实在在的土压平衡状态，从而达到稳定掌子面有效控制地面沉降目的。2.4高分子材料的注入（注入方式、注入量和注入高分子材

7、料浓度）高分子材料通过盾构机上注水泵、泡沫泵打入刀盘正面。本工程两台三菱盾构机可灵活实现注水、注泡沫和注入高分子材料的转换。在较好地层掘进时，可通过注入水和泡沫来改良渣土进行掘进。在砂层等软弱地层掘进时，通过设备管路阀门转换，通过注入商分子材料和水来进行掘进。刀盘有7个注入孔，某屮在刀盘屮心辐条侧而有两个高压注水孔，刀盘正而有五个注入孔。7个注入孔可通过管路和阀门切换实现注入不同的添加材料。注入设备和管路以及刀盘注入孔如下所示。由图可知，在砂层掘进时，刀盘正面NO.1、NO.3和NO.5孔三个孔注入高分子材料，NO.2孔注入泡沫，NO.4注入水,NO.6和NO.

8、7辐条侧面两个注入孔注入