富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工关键技术课件.ppt

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1、富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工关键技术中铁十三局集团第二工程有限公司成都地铁项目部王国义主要内容1、工程概况及特点2、主要研究技术2.1砂卵石地层土压平衡盾构掘进机理及控2.2刀具磨损机理与预测2.3砂卵石地层带压换刀技术2.4盾尾同步注浆材料及注浆参数2.5盾构穿越建（构）筑物控制措施1工程概况及特点成都地铁1号线2标线路平面示意图工程概况本工程中使用的土压平衡盾构机(海瑞克公司生产)最大工作压力3bar，盾体加刀盘长8.65m，加后配套总长88m，总重量约550t，总配置功率约2000kVA，主轴承直径3米，额定扭矩5980kN·m，脱困扭矩7150kNm，最大推力34210kN，最大

2、掘进速度80mm／min。工程概况盾构穿越的砂卵石地层特点渣土不均匀，卵石含量高流动性差与刀具摩擦系数大单块卵石强度高粘聚力小，结构松散工程特点刀盘扭矩大，消耗严重；在大直径盾构情况下，工作面土压较难控制；掘进效率低；刀具、刀盘磨损严重；意大利都灵地铁台北捷运日本春日井共同沟成都地铁掘进实例及存在的主要问题工程特点2主要研究技术2.1砂卵石地层土压平衡盾构掘进机理及控制2.2刀具磨损机理与预测2.3砂卵石地层带压换刀技术2.4盾尾同步注浆材料及注浆参数2.5盾构穿越建（构）筑物控制措施2.1砂卵石地层土压平衡盾构掘进机理及控制EPB土压平衡相关参数砂卵石地层的掘进模拟计算砂卵石地层土压平衡特点

3、实测参数反馈土压平衡控制方法渣土改良措施砂卵石地层EPB土压平衡相关参数土压支撑率（EPSR）EPB土压平衡相关参数土仓竖向压力规则系数（RMEP）仑－官第635环土压力分布特征（R2＝0.74）EPB土压平衡相关参数土仓前后应力比（HSR）砂卵石地层的掘进模拟计算盾构掘进的离散元模型砂卵石地层的土压平衡特点土压支撑率不同状态下的土压支撑率工作面支护压力分布砂卵石地层的土压平衡特点土压力规则系数沿土仓水平土压力分布（R20.46）砂卵石地层的土压平衡特点土仓内渣土结块时水平土压力分布水平土压力规则系数砂卵石地层的土压平衡特点土仓前后土应力比理想平衡状态水平应力变化盈压状态水平应力变化曲线（1）

4、砂卵石地层EPB掘进是通过刀具的扰动、挤压作用，在刀盘前上方形成了一“松散带”，而盾构刀具主要和该松散带发生作用。由于“松散带”的存在，改变了传统的刀盘、刀具的作用方式，并且引起了盾构施工的“地层损失率”的变化；（2）工作面的水平支撑应力和土仓后压力隔板的应力有一定的差别，土仓前后应力比大于1，局部出现大于2的情况。一方面表明了EPB掘进时依靠压力隔板的应力来控制工作面的应力的控制方法已不大合理。另一方面表明刀盘面板上承担了过多的支护面压力，致使工作面的土压支撑率降低；（3）土仓竖向应力也由于多种因素的影响，竖向规则系数仅为0.5左右。且在土仓盈压状态下，土仓中部出现“应力凸起”现象，容易造成

5、土仓内土体的固结，产生结块现象；（4）砂卵石地层中的土压支撑率只有40%左右，且盈压率越高，土压支撑率越低，渣土流动性愈差，土压支撑率愈低。在砂卵石地层中应尽量增大土压支撑率，以减小盾构的消耗；砂卵石地层的土压平衡特点土压平衡参数反馈成都砂卵石地层下，盾构土仓内竖向土压力规则系数为0.5左右，土仓内土压力分布不均匀；土仓中部出现应力偏大的现象，与数值计算中的中部“应力凸起”相一致；成都砂卵石地层中的盾构土压平衡应该与其他地层的土压平衡相区别。相应的，在软土地层中盾构土压平衡控制理论不适应于成都地层。土压平衡控制方法土压平衡管理思路渣土改良试验No.试验项目目的试验求取值试验设备1塌落度试验改良

6、土的塑流性塌落度（cm）流动度（cm）标准塌落度桶2渗水试验改良土的止水性渗透系数（cm/s）自制直径为20cm的有机玻璃渗透系数仪3滑动试验改良土和钢之间的摩擦铁块与土体之间摩擦系数自制角钢和土体接触，采用拉力计测得拉力4电机搅拌试验搅拌难易程度、内摩擦角、粘聚力电流消耗转速为60rpm的搅拌机，数字电流计5观察是否离析，流动性、包裹小卵石的情况试验测试项目拉力计钢条改良土体试验方法No.1234改良类型泡沫矿物材料复合式硅溶胶材料采用YT-2型泡沫剂粘土和膨润土泡沫+矿物材料采用硅胶溶液和强电解质制成试验添加材料类型每格1mm添加泡沫和矿物材料后添加泡沫后不同类型的改良方法及成本A颗粒较小

7、情况B一般情况C偏大颗粒颗粒特征<10mm的颗粒占到30%～40%>20mm的颗粒占50～65%>20mm的颗粒占70%以上泡沫注入率：25～35%注入率：30～40%注入率：20～30%粘土可少注或不注注入率：20～35%浓度：30～40%注入率：35～45%浓度：40～50%膨润土注入率：5～8%浓度8～10%注入率：8～10%浓度：10～12%注入率：10～12%浓度：10～15%改良成本低