砂浆中和技术在强赋水地层盾构喷涌中的应用.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０１４６０２・隧道／地下工程・砂浆中和技术在强赋水地层盾构喷涌中的应用冯强（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司北京１００（Ｏ）—摘要：南京地铁宁和城际ＴＡ０２标景铁区间采用盾构法施工，盾构机为海瑞克复合式土压平衡盾构机。区间地层以卵砾石夹粉质黏土为主，该地层为中等透水地层。盾构机在此地层中掘进时如何解决地下水汇聚土仓、避免螺旋机喷涌成为盾构能否顺利掘进的关键，在此情况下研究采用砂浆中和技术，取得了良好效果。关键词：强赋水地层盾构螺旋机喷涌砂浆中和中图分类号：Ｕ２３１；Ｕ４５５．４３文献标识码：Ｂ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．Ｓ２．０３８ＭｏｒｔａｒＮｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｖｏｉｄｉｎｇＳｈｉｅｌｄＳｐｅｗｉｎｇｉｎＳｔｒｏｎｇＷａｔｅｒＢｅａｒｉｎｇＳｔｒａｔｕｍＦｅｎｇＱｉａｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１９出ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＢａｉｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＪｉｎｇｍｉｎｇｊｉａｙｕａｎＳｔａｔｉｏｎａｎｄＴｉｅｘｉｎｑｉａｏＳｔａｔｉｏｎｉｎＩＡＴＡ０２ｏｆＮａｎｊｉｎｇＭｅｔｒｏＬｉｎｅｓ３．ｔｈｅｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｉｓＨｅｒｒｅｎｋｎｅｅｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅＥＰＢｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｖａｌｓｔｒａｔｕｍｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｓｉｌｔｙｃｌａｙ访ｔ｝ｌｇｒａｖｅｌ．ｗｈｉｃｈｉｓａｍｏｄｅｒａｔｅｌｙｐｅｒｍｅａｂｌｅｓｔｒａｔｕｍ．Ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｉｓｈｏｗｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｇａｔｈｅｒｉｎｇａｎｄａｖｏｉｄｔｈｅｓｃｒｅｗｃｏｎｖｅｙｏｒｓｐｅｗｉｎｇｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｍｏｏｔｈｌｙｔｕｎｎｅｌｉｎｔｈｉｓｓｔｒａｔｕｍ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｉｓ，ｔｈｅｍｏｒｔａｒｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄ，ａｎｄｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｏｎｇｗａｔｅｒｂｅａＩｉｎｇｓｔｒａｔｕｍ；ｓｈｉｅｌｄ；ｓｃｒｅｗｃｏｎｖｅｙｏｒｓｐｅｗｉｎｇ；ｍｏｒｔａｒｎｅｕｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ１工程概况１．１工程简介景明佳园站一铁心桥站区间由铁心桥站始发至景明佳园站接收，区间采用两台复合式海瑞克土压平衡盾构机。区间左线全长为１１９７．７２８ｍ，右线全长为ｌ２３２．５２８ｍ，区间在ＤＫ３＋３１０．０００处设置１处联络通道，在ＤＫ２＋９２６．１２０处设置１处联络通道及排水泵站，区间最小曲线半径３５０ｍ，最大纵坡２５．５５２％ｏ，隧道拱顶覆土１０～１６．１４ｍ。１．２工程地质及水文地质根据勘察报告，区间将大量穿越粉质黏土夹卵、砾石地层，该地层为黄灰色、灰黄色、棕红色，可——收稿日期：２０１８０３２０作者简介：冯强（１９８０一），男，工程师，主要从事轨道交通技术管理工作。１４６铁道建筑技术—塑～硬塑，卵、砾石粒径一般１０６０ｒａｉｎ，最大粒径大于１０ｃａ，石英质、亚圆形，抗压强度高，一般含量约占５０％～８０％，黏性土混砂充填，局部含量略低，在２０％一４０％左右，以黏性土为主。该地层渗透系数为５０００Ｘ１０ｑ（ｍ／ｄ），为中等透水层，透水性较强，盾构机掘进时螺旋机易发生喷涌现象。区间部分地段上部为淤泥质粉质黏土，下部为粉质黏土夹卵、砾石地层，控制不当易引发地表坍塌。由于此地层卵、砾石及黏土含量较高，掘进过程中若土压控制不合理容易导致土仓及刀盘结泥饼【ｌ。３Ｊ。２施工工艺２．１施工原理砂浆中和技术是盾构机停机后恢复掘进前利用一定比例砂浆、膨润土等浆料进行拌和，使用盾ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（：Ｉｒａ２）万方数据・隧道／地下工程・构机自身注浆系统通过土仓壁观察孔将浆液注入土仓，通过刀盘旋转中和土仓内渣土，最终稀释土仓内水体，使盾构机掘进时不发生喷涌现象。２．２施工方法２．２．１施工准备施工准备●拌制一定比例砂浆●注＿Ｚ．－Ｉ－仓部分砂浆ｌ砂浆等量、等压－＇１置换仓内渣土垒开始掘进’尽可能缩短浆液初凝时间Ｈ６１。确保同步注浆质量的同时需同步进行二次注浆，二次注浆采用双液浆，经过二次注浆后确保隧道壁后浆液填充饱满。当盾构机停机过程中土仓内汇水较快时，需对后续管片制作止水环箍，环箍采用双液浆压住，每掘进１０环需制作止水环箍一道。２．３技术要点控制２．３．１砂浆参数（１）为保证砂浆质量，经过多次实验得出每立方砂浆配合比，见表ｌ。表１砂浆配合比ｋｇ／ｍ３水砂膨润土粉煤灰Ｉ添加剂—３５０４００１０５０１５０４００５（２）浆液材料选择见表２。表２浆液材料选择粉煤灰Ⅱ级，细度（Ｏ．０４５ｍｍ方孔筛）不大于２０％中细砂河沙，细度模数１．８～２．２，含泥量＜３％膨润土９５％通过２００目筛，膨胀率１８～３０ｍＬ／ｇ水天然水，ｐＨ＝７，无味（３）浆液拌制完成后浆液比重＞１．８ｇ／ｃｍ３，浆液稠度为９～１２ｃｍ，分层度＜２ｃｍ，浆液不凝结。２．３．２砂浆置换（１）初次注入砂浆长时间停机后土仓内汇聚地下水较多、渣土较稀，此时开启螺旋输送机易导致螺旋机喷涌。为确保螺旋机不发生喷涌需减少清渣量，可先将部分砂浆注入土仓，砂浆注入时关注土压变化，注入砂浆后土压高于停机时土压０．３一Ｏ．５ｂａｒ，注＾过程中时刻关注土压变化及地表沉隆情况，根据变化数值调整注浆方式。（２）等量、等压置换在砂浆注人压力达到一定值后，渣样如未有较大改观，此时需开启刀盘和螺旋输送机进行适量排“”渣。此阶段排渣务必遵循等量、等压原则，渣土排放时压力差不得大于０．３ｂａｒ。（３）同步注浆为减小管片后方来水，需加强同步注浆管理，同步注浆量在软土地层需达到理论注浆量１５０％以上，岩石地层需达到理论注浆量２００％，注浆压力值达到０．３ＭＰａ［Ｊ卜ｌｏｌ。同步注浆浆液掺入一定比例水泥，浆液配合比见表３。（下转第１８８页）２０１８ｌ增２１１４７万方数据・隧道／地下工程・［２］［３］［４］［５］［６］王梦恕．中国铁路、隧道与地下空间发展概况［Ｊ］．隧—道建设，２０１０，３０（４）：３５１３６４．王效良，赵勇．从数字看中国铁路隧道的建设［Ｊ］．现代隧道技术，２００６（５）：７一１７．张鹏，鄢本存．运营老旧铁路隧道病害检测与分析研—究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１２）：７４７７．申志军，李树忱，吴治家，等．运营隧道缺陷与病害整治技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１６．庄乾涛．复杂地质环境营业线隧道渗漏水原因分析与—治理技术研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１７（９）：８１８３．—————————・卜－・卜一＋＿一－卜一＋＿一卜一－－卜－－卜－－４－－一＋－＋一＋＋－＋一＋（上接第１４７页）表３同步注浆浆液配合比ｋｅ，／ｍ３水砂ｌ膨润土Ｉ粉煤灰Ｊ水泥ｌ添加剂３５０８５０１００４００１８０３（４）建立实土压力盾构机即将掘进完成一环时，需根据需求建立部分实土压力，方法可采取后３０ｃｍ减少出渣量、减少泡沫使用量，最后５ｃｍ可进行闷顶土压，此方法可增加土仓内实土量，减少地下水汇聚土仓，便于盾构机再次复推砂浆中和土仓内渣土ｎ卜１２］。２．３．３注意事项向土仓内填充砂浆容易导致土仓泥饼的形成，因此填充过程中需间歇性旋转刀盘，防止砂浆沉淀［７］董海成．铁路隧道防水施工技术及应用［Ｊ］．工程建设—与设计，２０１７（３）：１４９１５０．［８］杨文宣．祁连山隧道群渗漏水及结冰病害整治技术—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（９）：３８４１．［９］任艳红．震后特长公路隧道渗漏水病害分析与治理—［Ｊ］．西南公路，２０１５（２）：５６５９．［１０］冯仲康，沈浩．高压旋喷桩止水帷幕及止水机理及质—量问题探讨［Ｊ］．低碳世界，２０１６（１３）：１６３１６４．［１１］陈嘉福．高压旋喷桩技术及其质量控制指标探讨［Ｊ］．—中国水运（下半月），２００８（５）：２６７２６８．４结束语经过实际应用证明，通过向土仓内注入一定比例砂浆能够较好的中和土仓内水体，较大程度改善渣土，有效减小或杜绝螺旋机喷涌，提高掘进效率，为单位创造效益。随着盾构行业不断快速发展，地质情况越来越复杂，含水地层随之增多，砂浆注入中和技术将会在含水地层掘进过程中创造越来越大的效益。参考文献［１］纵欢．浅析盾构喷涌形成的原因及对应处理措施［Ｊ］．中国房地产业，２０１６（２２）：１６４．［２］朱伟，秦建设，魏康林．土压平衡盾构喷涌发生机理研—究［Ｊ］．铁道建筑技术，２００４（５）：５８９５９３．［３］朱海军，周明洋．富水砂层地铁施工中的土压平衡式盾—构机喷涌控制技术［Ｊ］．建筑施工，２０１８（１）：１００１０２．［４］温亚东．谈盾构穿越富水砂层地表沉降和喷涌原因及—对策［Ｊ］．山西建筑，２０１６（９）：１７６１７８．［５］张旭东．土压平衡盾构穿越富水砂层施工技术探讨—［Ｊ］．岩土工程学报，２００９（９）：１４４５１４４９．［６］中华人民共和国住房和城乡建设部．盾构法隧道施工与验收规范：ＧＢ—５０４４６２００８［ｓ］．北京：中国建筑工—业出版社，２００８：２３２９．［７］周扬．富水砂层土压平衡盾构施工关键技术［Ｊ］．建—材与装饰，２０１４（１８）：６７６８．［８］李永刚．富水圆砾地层盾构下穿建筑物预注浆加固技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（７）：２ｌ一２４．［９］张志国．浅析盾构同步注浆施工［Ｊ］．中小企业管理—与科技，２００８（６）：１４２１４４．［１０］刘奇．浅析土压平衡盾构法施工同步注浆施工技术—［Ｊ］．房地产导刊，２０１５（２３）：４９５０．［１１］毛盛昌，周兆勇．富水砂层泥水盾构同步注浆施工技—术［Ｊ］．西部探矿工程，２０１４（５）：１８２１８４．［１２］李钟，黄常波，刘强，等．地铁隧道盾构施工同步注浆风险—因素分析与控制［Ｊ］．建筑技术，２００９（１１）：１０２３１０２５．ＲＡＩＩ＿ＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增２ｌ万方数据