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引言:地面出入式盾构法隧道施工技术作为一种全新的盾构施工工法,存在诸多施工技术难点。通过对地面出入式盾构法隧道特殊工况条件下的同步注浆效果及注浆参数的研究分析,得出采用现有传统同步注浆工艺在地面出入式盾构法隧道工况中的改进建议及施工参数。
地面出入式盾构法隧道工法作为一项盾构施工领域的全新技术,免去了施工工作井及深埋明挖段带来的不利影响和投入,大大节约成本、节省工期、减小对周边环境的影响。施工过程中主要存在2项技术难点。
1)隧道在负覆土、零覆土、超浅覆土阶段周围土体变形、管片受力状态均不同于常规盾构隧道施工,对同步注浆施工质量提出了更高要求。
2)周围地层围压较小的情况下,需严格控制注浆压力以满足隧道的上浮要求。
一、同步注浆工艺
同步注浆工艺是盾构施工工法中必不可少的工序,是控制地面沉降和隧道稳定的关键。盾构法隧道同步注浆工艺在盾构掘进的同时,通过注浆泵的泵压作用,把一定工作性能和强度的浆液注入盾尾后管片环外空隙之中,达到填充盾尾建筑空隙、减小地面沉降、提高整体隧道稳定、辅助隧道防水等目的,盾构同步注浆原理。
盾构同步注浆一般采用4点注浆,盾构机在盾尾壳体部位配备4个注浆孔,采用地面出入式盾构法隧道施工,在负覆土、零覆土、超浅覆土工况条件下,浆液必须具备良好的流动填充性能,结合合理的施工控制参数,保证浆液在一定(较小)注浆压力条件下在管片壁后的流动距离,从而使浆液完整地包裹住管片,形成一层致密的保护层,地面出入式盾构法隧道负覆土工况。
二、模拟试验目的及设计原理
针对地面出入式盾构工法的施工特点,为摸索传统同步注浆工艺在地面出入式盾构工法特殊工况条件下的施工效果,开展同步注浆模拟试验,模拟试验的目的如下。
1)模拟传统同步注浆工艺(厚浆及液态浆)在不同工况条件下(即负覆土、零覆土、超浅覆土)的注浆填充效果。
2)分析比较不同工艺在地面出入式盾构工法特殊工况条件下的优劣,并对新型浆液材料性能指标设计提供指导依据。
3)进行不同注浆孔位模拟试验,得出不同注浆孔位条件下的注浆填充效果。
4)试验过程中采集不同模拟工况条件下的注浆压力,分析研究不同浆液类型、不同工况条件下合理注浆压力参数。
模拟试验通过设计1套同步注浆装置来实现。试验装置中的模拟盾壳外径为850mm,模拟管片外径为730mm,模拟盾壳与模拟管片连接后形成单边60mm的建筑空隙。
三、模拟试验
3.1 试验工况
地面出入式盾构法隧道施工过程中,盾构推进始发与到达时,盾构机从负覆土状态逐步进入土体(按盾构埋深条件均为灰色淤泥质粉土)。实际施工中厚浆注入率为110%,液态浆注入率为200%。根据实际施工中盾构推进平均速度,本次模拟试验中,取推进速度为3~4cm/min。综上试验要求,试验工况设计见表1。
四、结语
通过本次模拟试验得出如下结论及建议。
1)厚浆总体注浆效果要优于液态浆,具体表现在浅覆土及负覆土工况条件下浆液不易流失,充填更加均匀。
2)试验结果可以看出,在浆液材料的选择上,应以厚浆为基础,重点优化浆液材料的流动填充性能与早期强度性能,避免注浆层不均匀、产生对周围土体过度挤压,并及时获得一定的早期强度,提高成环隧道结构的稳定。
3)试验结果得出,注浆工艺中的关键施工参数为注浆压力与注浆孔位。超浅覆土工况,为确保充分填充,应采用4点同步注浆。零覆土与负覆土工况宜采用下部2点注浆。注浆压力根据地层围压情况,本次模拟试验注浆压力略大于地层压力0.004~0.015MPa,实际工程应用中应根据试验段推进参数进行合理调整。
参考文献
[1]张云,般宗泽,徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析.岩石力学与工程学报. 2002,21(3).
[2]黄宏伟.张冬梅.盾构隧道施工引起的地表沉降及现场监测.岩石力学与工程学报, 2001,2.
(作者单位:成都地铁有限责任公司建设分公司)
地面出入式盾构法隧道工法作为一项盾构施工领域的全新技术,免去了施工工作井及深埋明挖段带来的不利影响和投入,大大节约成本、节省工期、减小对周边环境的影响。施工过程中主要存在2项技术难点。
1)隧道在负覆土、零覆土、超浅覆土阶段周围土体变形、管片受力状态均不同于常规盾构隧道施工,对同步注浆施工质量提出了更高要求。
2)周围地层围压较小的情况下,需严格控制注浆压力以满足隧道的上浮要求。
一、同步注浆工艺
同步注浆工艺是盾构施工工法中必不可少的工序,是控制地面沉降和隧道稳定的关键。盾构法隧道同步注浆工艺在盾构掘进的同时,通过注浆泵的泵压作用,把一定工作性能和强度的浆液注入盾尾后管片环外空隙之中,达到填充盾尾建筑空隙、减小地面沉降、提高整体隧道稳定、辅助隧道防水等目的,盾构同步注浆原理。
盾构同步注浆一般采用4点注浆,盾构机在盾尾壳体部位配备4个注浆孔,采用地面出入式盾构法隧道施工,在负覆土、零覆土、超浅覆土工况条件下,浆液必须具备良好的流动填充性能,结合合理的施工控制参数,保证浆液在一定(较小)注浆压力条件下在管片壁后的流动距离,从而使浆液完整地包裹住管片,形成一层致密的保护层,地面出入式盾构法隧道负覆土工况。
二、模拟试验目的及设计原理
针对地面出入式盾构工法的施工特点,为摸索传统同步注浆工艺在地面出入式盾构工法特殊工况条件下的施工效果,开展同步注浆模拟试验,模拟试验的目的如下。
1)模拟传统同步注浆工艺(厚浆及液态浆)在不同工况条件下(即负覆土、零覆土、超浅覆土)的注浆填充效果。
2)分析比较不同工艺在地面出入式盾构工法特殊工况条件下的优劣,并对新型浆液材料性能指标设计提供指导依据。
3)进行不同注浆孔位模拟试验,得出不同注浆孔位条件下的注浆填充效果。
4)试验过程中采集不同模拟工况条件下的注浆压力,分析研究不同浆液类型、不同工况条件下合理注浆压力参数。
模拟试验通过设计1套同步注浆装置来实现。试验装置中的模拟盾壳外径为850mm,模拟管片外径为730mm,模拟盾壳与模拟管片连接后形成单边60mm的建筑空隙。
三、模拟试验
3.1 试验工况
地面出入式盾构法隧道施工过程中,盾构推进始发与到达时,盾构机从负覆土状态逐步进入土体(按盾构埋深条件均为灰色淤泥质粉土)。实际施工中厚浆注入率为110%,液态浆注入率为200%。根据实际施工中盾构推进平均速度,本次模拟试验中,取推进速度为3~4cm/min。综上试验要求,试验工况设计见表1。
四、结语
通过本次模拟试验得出如下结论及建议。
1)厚浆总体注浆效果要优于液态浆,具体表现在浅覆土及负覆土工况条件下浆液不易流失,充填更加均匀。
2)试验结果可以看出,在浆液材料的选择上,应以厚浆为基础,重点优化浆液材料的流动填充性能与早期强度性能,避免注浆层不均匀、产生对周围土体过度挤压,并及时获得一定的早期强度,提高成环隧道结构的稳定。
3)试验结果得出,注浆工艺中的关键施工参数为注浆压力与注浆孔位。超浅覆土工况,为确保充分填充,应采用4点同步注浆。零覆土与负覆土工况宜采用下部2点注浆。注浆压力根据地层围压情况,本次模拟试验注浆压力略大于地层压力0.004~0.015MPa,实际工程应用中应根据试验段推进参数进行合理调整。
参考文献
[1]张云,般宗泽,徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析.岩石力学与工程学报. 2002,21(3).
[2]黄宏伟.张冬梅.盾构隧道施工引起的地表沉降及现场监测.岩石力学与工程学报, 2001,2.
(作者单位:成都地铁有限责任公司建设分公司)