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        使用混合泥膜作為襯砌的填開(kāi)倉(cāng)換刀技術(shù)研究

        2017-10-16 08:47:14
        四川水泥 2017年10期

        黃 歡

        (廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司, 廣東 廣州 510060 )

        使用混合泥膜作為襯砌的填開(kāi)倉(cāng)換刀技術(shù)研究

        黃 歡

        (廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司, 廣東 廣州 510060 )

        為確保在富水砂層中盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)換刀作業(yè)面容易涌水、涌砂而導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)坍塌的安全技術(shù)難題。本文采用水泥砂漿和膨潤(rùn)土漿液組成的混合漿液在土倉(cāng)壓力作用下,通過(guò)刀盤開(kāi)口向砂層滲透,固化后在掌子面周邊形成新型混合泥膜,利用風(fēng)鎬清除土倉(cāng)內(nèi)硬化混合漿液的同時(shí),保留刀盤前四周形成的混合泥膜,即可進(jìn)行盾構(gòu)刀盤換刀作業(yè)。結(jié)合廣州市軌道交通九號(hào)線4標(biāo)花都廣場(chǎng)站~馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間工程實(shí)例中的應(yīng)用,本施工技術(shù)能為砂層盾構(gòu)換刀提供高效且安全的解決方案。

        盾構(gòu)隧道;刀盤;換刀;混合泥膜;砂層

        1 工程概況

        廣州市軌道交通九號(hào)線4標(biāo)花都廣場(chǎng)站~馬鞍山公園站盾構(gòu)區(qū)間沿迎賓大道布置,左線設(shè)計(jì)起止里程為 ZDK9+864.900~ZDK11+165.556,長(zhǎng)鏈 10.267m,長(zhǎng)度1310.923m;右線設(shè)計(jì)起止里程為 YDK9+864.900~YDK11+165.530,長(zhǎng)度1300.630m。根據(jù)鉆探揭露,本區(qū)間內(nèi)的地下水主要為砂層潛水和強(qiáng)風(fēng)化、中、微風(fēng)化基巖中的裂隙水,石灰?guī)r溶洞水。隧道主要穿越<3-2>沖積-洪積中砂層、<3-3>沖積-洪積礫砂層、<4-2>淤泥質(zhì)土層、<5C-1A>灰?guī)r可塑~軟塑殘積土層,局部穿越<9C-2>炭質(zhì)灰?guī)r微風(fēng)化帶。盾構(gòu)機(jī)在該區(qū)域內(nèi)掘進(jìn)時(shí)整個(gè)刀盤均處于砂土層與灰?guī)r交界中,且開(kāi)挖面地下水非常充沛。在不影響道路交通的情況下采用砂漿混膨潤(rùn)土泥膜作為止水和增強(qiáng)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的加固措施,以提高砂層中進(jìn)行盾構(gòu)換刀作業(yè)的施工效率。

        2 技術(shù)方案

        2.1 開(kāi)挖面止水加固

        由于盾構(gòu)隧道在富水砂層中掘進(jìn),開(kāi)挖面涌水量較大,所以在開(kāi)倉(cāng)換刀前先應(yīng)采取開(kāi)挖面止水措施,以防止在換刀過(guò)程中發(fā)生突涌水事故。此外,止水措施還有利于后期進(jìn)行開(kāi)挖面加固時(shí)保持漿液的濃度,降低地下水對(duì)漿液的稀釋影響。為實(shí)現(xiàn)在開(kāi)挖面中注漿,盾構(gòu)機(jī)刀盤做了相應(yīng)改造,在刀盤四幅擋板上各布置了2個(gè)注漿口。在換刀前先利用刀盤上的注漿口向開(kāi)挖面注入水玻璃漿液,控制注漿壓力為0.2MPa,注漿量V1由刀盤直徑大小決定,可利用公式(1)計(jì)算得到:

        式中,k為常數(shù),根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)通常取0.05;d為盾構(gòu)刀盤直徑;l為水玻璃漿液滲透進(jìn)入開(kāi)挖面的深度,取0.1m。水玻璃漿液按照硅酸鈉:水=1:10的質(zhì)量比配制。開(kāi)始注入水玻璃漿液后保持注漿壓力直到注漿量滿足公式(1)計(jì)算要求。

        完成水玻璃注漿作業(yè)后,拔出相應(yīng)注漿管,插入氯化鈣注漿管后注入 0.1V1的漿液,注漿壓力全程控制在0.2MPa。氯化鈣溶液按照氯化鈣:水=1:3的質(zhì)量比配制。兩種漿液不應(yīng)間隔過(guò)長(zhǎng)時(shí)間,以便水玻璃漿液和氯化鈣漿液能迅速反應(yīng)形成凝膠隔水膜,同時(shí)在漿液反應(yīng)、硬化過(guò)程中會(huì)吸收漿液周圍的地下水,起到隔水固化的作用。

        在做好開(kāi)挖面止水措施后,等待0.5小時(shí)使得水玻璃漿液和氯化鈣漿液充分反應(yīng),再開(kāi)始膨潤(rùn)土注漿作業(yè)。此注漿作業(yè)是為了增加刀盤前方砂層的強(qiáng)度,降低開(kāi)挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。膨潤(rùn)土漿液也通過(guò)刀盤上的注漿口注入地層,注漿壓力控制在0.2MPa,注漿量由公式(2)計(jì)算得到。

        2.2 循環(huán)注漿清渣

        在完成刀盤前段止水加固作業(yè)后,開(kāi)始利用螺旋輸送機(jī)清除土倉(cāng)內(nèi)渣土,在土倉(cāng)清倉(cāng)過(guò)程中始終保持膨潤(rùn)土漿液注入,并使土倉(cāng)內(nèi)壓力維持在0.15MPa。在設(shè)置刀盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,保持螺旋輸送機(jī)繼續(xù)工作。隨著新鮮膨潤(rùn)土泥漿的不斷注入和螺旋輸送機(jī)的持續(xù)出土,土倉(cāng)內(nèi)的渣土逐漸被膨潤(rùn)土泥漿替代,直至渣土被替換干凈。

        2.3 壓制混合泥膜

        待土倉(cāng)內(nèi)渣土被清除干凈后,增大膨潤(rùn)土注漿管壓力,使土倉(cāng)內(nèi)壓力上升到0.25MPa。由于采用了開(kāi)孔率為25%的盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu),土倉(cāng)內(nèi)的高壓膨潤(rùn)土漿液由刀盤開(kāi)口進(jìn)入砂土層空隙之中,隨后開(kāi)始失水及固結(jié),并初步形成泥膜。1小時(shí)后,將土倉(cāng)內(nèi)的壓力提升至0.35MPa,并持續(xù)4個(gè)小時(shí),使得膨潤(rùn)土漿液進(jìn)一步滲入開(kāi)挖面砂土層中,從而在刀盤和砂土地層之間形成穩(wěn)定的泥膜。待穩(wěn)定泥膜形成后,逐漸將土倉(cāng)內(nèi)的壓力降低至0.15MPa。

        在穩(wěn)定泥膜形成過(guò)程中,可同時(shí)配制由水泥砂漿和膨潤(rùn)土泥漿調(diào)配成的混合漿液。水泥砂漿按照水泥:砂:水=1:a:b的質(zhì)量比配制,其中:具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層條件試驗(yàn)得到,本例按砂:水泥:水=0.75:1:1.18的質(zhì)量比配制。配制混合漿液則按水泥砂漿:膨潤(rùn)土泥漿=1:c的質(zhì)量比配制,其中,本例取膨潤(rùn)土泥漿:水泥砂漿=0.25:1的質(zhì)量比配制成混合溶液。在穩(wěn)定泥膜形成后,將混合漿液由圖 4所示的注漿口注入至土倉(cāng)內(nèi),控制注漿壓力為0.2MPa,同時(shí)保持土倉(cāng)壓力為0.15Mpa,注漿完成后等待24小時(shí)。隨著混合漿液不斷滲入開(kāi)挖面,在原有穩(wěn)定泥膜的基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成混合泥膜。

        2.4 清倉(cāng)換刀

        當(dāng)混合漿液注入24小時(shí)后,開(kāi)始利用人閘泄壓孔觀察土倉(cāng)內(nèi)混合漿液的凝固狀態(tài),待土倉(cāng)內(nèi)混合漿液完全凝固后,打開(kāi)土倉(cāng),此時(shí)可以觀察到土倉(cāng)內(nèi)已由硬化狀態(tài)的混合漿液填充滿,因此可以認(rèn)為此時(shí)的土倉(cāng)內(nèi)發(fā)生突水突泥或開(kāi)挖面失穩(wěn)等風(fēng)險(xiǎn)較低。此時(shí),利用風(fēng)鎬自上而下鑿除硬化狀態(tài)的水泥砂漿和膨潤(rùn)土泥漿混合漿液。在鑿除到刀盤開(kāi)口附近時(shí),應(yīng)注意不能鑿開(kāi)刀盤開(kāi)口處的混合漿液,以保證開(kāi)挖面的完整性和穩(wěn)定性。當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)的混合漿液清除干凈后,安裝固定換刀操作平臺(tái),開(kāi)始換刀作業(yè)。先拆除固定刀具的螺栓和自鎖螺母,卸掉舊刀具,根據(jù)刀具的磨損情況決定是否更換新刀具,然后將新刀具或者不需更換的舊刀具,根據(jù)刀盤刀具設(shè)計(jì)要求和前期刀具磨損情況確定新舊刀具安裝位置并安裝至導(dǎo)槽內(nèi),安裝好后用螺栓及自鎖螺母固定刀具,確保刀具不會(huì)再切割過(guò)程中松動(dòng),最終完成換刀作業(yè)。由于新型混合漿液能使開(kāi)挖面進(jìn)行隔水及固化,所以在開(kāi)倉(cāng)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生漏水或開(kāi)挖面失穩(wěn)等事故。如果遇到有地下水從開(kāi)挖面滲入土倉(cāng)內(nèi),應(yīng)及時(shí)用棉絮或高分子聚合材料進(jìn)行封堵。當(dāng)?shù)侗P上的刀具全部檢查更換后,重新啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)。

        3 結(jié)論與建議

        本研究涉及的利用新型混合泥膜的盾構(gòu)機(jī)換刀施工技術(shù),能有效解決在砂層條件下進(jìn)行盾構(gòu)刀盤換刀作業(yè)時(shí)遇到的漏水及開(kāi)挖面失穩(wěn)等困難,提高換刀效率和成功率。

        以往的填倉(cāng)換刀采用的只是水泥砂漿進(jìn)行填倉(cāng),止水效果差,并會(huì)造成挖倉(cāng)和刀盤脫困困難,而本施工技術(shù)首先采用水玻璃漿液和氯化鈉反應(yīng)形成的凝膠隔水膜進(jìn)行吸水和固化土體,然后在刀盤和掌子面之間填充濃膨潤(rùn)土漿液,易于盾構(gòu)機(jī)脫困且止水效果好,后期填入的混合漿液易于填充并且挖倉(cāng)容易。

        采用本施工技術(shù)將會(huì)大大提高換刀效率和安全性,對(duì)地面影響很小,并且成本低、效果好,可創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        由于采取此施工技術(shù)前需對(duì)盾構(gòu)刀盤進(jìn)行小的改造,增加 8個(gè)注漿口,此注漿口需在盾構(gòu)機(jī)下井前進(jìn)行改造,并設(shè)置逆止閥,防止渣土或混合漿液堵塞管路。如何解決不對(duì)刀盤進(jìn)行改造即可實(shí)現(xiàn)此施工技術(shù),是一大技術(shù)難題,也是今后進(jìn)一步研究的方向。

        K928

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        1007-6344(2017)10-0135-01

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