双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法.pdf

一种双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法。具体如下：通过控制和调整盾构土压舱内切削土体的压力和盾构开挖面前水土压力的相对平衡，同时根据需要在开挖土体内注入改良剂，保证开挖面土体的稳定；通过控制同步注浆量及浆液质量保证盾尾地层稳定；通过利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料保证盾构背上土层的稳定；补压注浆控制土层的后期变形。本发明适用于淤泥质粘土、粘土、砂性土、粉砂土，解决了原工艺的不足和缺陷。通过合理调整各项施工参数，确保了双圆隧道周边环境的安全。本发明适用于同类工况，为双圆盾构法在软土中施工提供了一项重要的技术保证。

1、  一种双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征在于，具体如下：
①通过控制和调整盾构土压舱内切削土体的压力和盾构开挖面前水土压力的相对平衡，同时根据需要在开挖土体内注入改良剂，保证开挖面土体的稳定；
②通过控制同步注浆量及浆液质量保证盾尾地层稳定；
③通过利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料保证盾构背上土层的稳定；
④补压注浆控制土层的后期变形。

2、  根据权利要求1所述的双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征是，在步骤①中，事先根据地质资料计算盾构中心的静止水土压力，取静止水土压力的0.8～1.0倍。

3、  根据权利要求1所述的双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征是，在步骤①中，改良剂采用膨润土和水的混合物，膨润土与水的配合比为1∶4以提高切削土体的塑流性能，减少刀盘扭矩。

4、  根据权利要求1所述的双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征是，在步骤②中，注浆量为建筑空隙的180％-250％左右，所采用的水泥∶膨润土∶水∶水玻璃的浆液配合比300Kg∶75Kg∶830Kg∶80-125Kg。

5、  根据权利要求1所述的双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征是，在步骤③中，利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充膨润土、CMC和水的混合物作为润滑材料，减少凹槽处的背土现象。

6、  根据权利要求1所述的双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法，其特征是，在步骤④中，通过壁后注浆设备壁后补压注浆控制土层的后期变形。

双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种隧道工程技术领域的施工方法，尤其是一种双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法。
背景技术
随着城市市政建设和轨道交通的飞速发展，地下空间的不断开发利用，有效、可发展的地下资源在大量缩减，并逐步开始制约和限制城市的规划发展。为此，对地下空间的开发利用提出了更高的要求，特别在遇两侧障碍物间距较小等特殊工况时无法采用传统的单圆型盾构进行上下行线的设计施工，如何进行工艺改进，更合理有效地布置隧道断面，在进行工程建设的同时节约地下资源、保护环境是目前面临的重要课题。双圆隧道由于其有效节约地下空间资源，减少对周边环境的影响、降低工程造价等独到的优势已逐渐在地铁、市政、能源等工程建设中得到广泛的应用。
经对现有技术的公开文献检索发现，日本刊物：隧道和地下，撰搞者石原俊造等2人，论文名称为：DOT盾构的姿态控制和近距离施工，出版年月：2003年7月，pp551～559。该文介绍了对盾构推进过程中的土压力管理、添加剂管理、盾尾注浆管理、出土量管理以及盾构姿态控制等主要施工工艺和方法进行了总结，并提出了盾构参数控制的管理值。然而这些施工管理技术仅适用于盾构穿越的土层为N值50以上的硬质土层，并不适用于穿越淤泥质等软土地质条件，更无法满足在外载作用下容易产生流塑和土体稳定性极差的条件下的设计要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种双圆盾构穿越软土地层的地面变形控制方法。使其利用土压平衡盾构的基本原理，通过布置在盾构机前左右两个刀盘进行土体切削，最后通过左右螺旋机向外排土，实现一次掘进完成两条隧道的施工任务。通过控制土压力、注浆量、推进速度、出土量及各种改良剂等施工参数来保证盾构推进区域土层的稳定。
本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明的方法如下：
①通过控制和调整盾构土压舱内切削土体的压力和盾构开挖面前水土压力的相对平衡，同时根据需要在开挖土体内注入改良剂，保证开挖面土体的稳定；
②通过控制同步注浆量及浆液质量保证盾尾地层稳定；
③通过利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料保证盾构背上土层的稳定；
④补压注浆控制土层的后期变形。
同时配合相应的地面变形监测以便直接调整各项推进参数从而最终有效地控制盾构推进区域地层和地面变形。
在步骤①中，事先根据地质资料计算盾构中心的静止水土压力，一般取静止水土压力的0.8～1.0倍。根据辐条式刀盘在旋转过程中对周边土体扰动较大的特点，在盾构掘进过程中需不断根据排土情况对正面土体进行改良，改良剂采用膨润土和水的混合物，膨润土与水的配合比为1∶4以提高切削土体的塑流性能，减少刀盘扭矩。
在步骤②中，注浆量为建筑空隙的180％-250％左右，所采用的水泥∶膨润土∶水∶水玻璃的浆液配合比300Kg∶75Kg∶830Kg∶80-125Kg。
注浆压力不超过静止水土压力，针对双圆盾构穿越软土所用浆液为双液浆，其和易性好、泌水性小，且具有一定的强度。根据现场双液浆小样的质量情况，在配比范围内调整水玻璃的含量以达到控制地面变形的需要。
在步骤③中，利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充膨润土、CMC和水的混合物作为润滑材料，减少凹槽处的背土现象。
由于双圆盾构本身的构造特征，盾构上部中间存在凹槽容易产生背土现象，为了阻止盾构背土对地面变形的影响，利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料(膨润土、CMC及水的混合物)，减少凹槽处的背土现象。
在步骤④中，通过壁后注浆设备壁后补压注浆控制土层的后期变形。
由于盾构在不同性质的土层中推进时，其推进速度必须和其它推进参数如同步注浆、螺旋机参数等相匹配，双圆盾构在软土中推进以2-3cm/min为宜。在施工中尚需不断根据实测地层变形情况对上述参数进行调整。
本发明适用于淤泥质粘土、粘土、砂性土、粉砂土，解决了原工艺的不足和缺陷。通过合理调整各项施工参数，确保了双圆隧道周边环境的安全。本发明适用于同类工况，为双圆盾构法在软土中施工提供了一项重要的技术保证。
具体实施方式
以某双圆盾构隧道施工为例，区间隧道全长866米，隧道断面：外尺寸6300mm×W10900mm(外径×宽度)、内尺寸5700mm×W10300mm(内径×宽度)，双线中心间距：4600mm；隧道覆土深度为5~12米，隧道最小平面曲率半径R＝495米，隧道最大纵坡为28‰，隧道穿越土层为砂质粉土、粘质粉土、淤泥质粘土。
在整个施工过程中，整套控制系统以土压平衡为工作原理，通过两个刀盘对正面土体的切削，并不断调整掘进速度和螺旋机转速来控制土仓内土体压力，以维持正面土体的稳定。
具体地控制项目和内容如下：
1、土压力的控制
根据双圆盾构辐条式刀盘的机理特性，双圆盾构土仓内土体与正面地层基本呈直接沟通状态，故盾构正面设定土压与盾构切口地层变形关系更直接、反应更灵敏、更迅速，为此，土压管理对于双圆盾构掘进则显得尤为重要。
在实际顶进中，根据覆土深度、地质情况、地面变形监测等各方面情况来调整土压力值，一般取静止水土压力的0.8～1.0倍确保正面土体的稳定。
根据土质情况，进行土体改良，改良剂采用膨润土和水的混合物，两者的配合比为1∶4(膨润土∶水)以提高切削土体的塑流性能，减少刀盘扭矩；
2、同步注浆量管理
双圆盾构的同步注浆工艺与传统的单圆盾构存在很大不同，仅在盾构上下海鸥块凹槽处有上、下二点同步注浆。故在施工中需对浆液质量、注降量、注浆压力进行严格管理。
为有效控制地面变形和隧道上浮，注浆量的分配一般以上部70％、下部30％为宜，注浆总量控制在180％~250％时最佳。
准备壁后注浆系统以备用，以便对盾尾区域地面后期变形进行补压浆。
3、利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料(膨润土、CMC及水的混合物)，减少凹槽处的背土现象；
4、在盾构穿越淤泥质粘土时，推进速度控制在3~4cm/min时与其它施工参数如同步注浆、螺旋机参数等相匹配；在盾构穿越砂质粉土和粉质粘土时，推进速度控制在2~3cm/min为宜。
5、设置有效的地面变形监测点，及时进行地面变形的监测并同步反馈至盾构控制室，以便及时进行施工参数的调整。
整个工程运用双圆盾构工艺创出了平均日掘进6米/天，单天最高日掘进量12米的嘉绩，稳定地控制了双圆隧道盾构推进区域的地面变形，并成功穿越了众多的地下管线及建构筑物。