土压平衡盾构穿越含砂土层地表变形规律与控制技术

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由于西 安地 铁 二号线 北 客站 ~北 苑站 区 间段 临时 改线 , 新 的设 计 线路 中含有 一段 砂质 土层 , 此 时土
压 平衡 式盾 构机 已经开始 掘进 , 无 法 替换 为适 合于 砂砾 土 层 的泥 水盾 构 . 因此 开 展渣 土 改 良试 验 研 究 , 使 土压 平衡 式盾 构适 用 于砂质 土层 十分必 要.
第 4 5 卷
第 3 期
西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 )
J . Xi a n Un i v .o f Ar c h . & Te c h . ( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n )
Vo 1 . 4 4 NO . 3
2 0 1 3年 6月
J u n .2 0 1 3
土压 平 衡 盾 构 穿 越 含 砂 土 层 地 表 变 形 规 律 与控 制 技 术
胡长明 , 张文萃 , 梅 源 , 贡 少瑞 , 崔 耀
( 西 安 建 筑 科 技 大 学 土木 工 程 学 院 , 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 )

要: 以西 安 地 铁 二 号 线 某 区 问 工 程 土 压 平 衡 盾 构 施 工 为 背 景 , 基于监测数据的统计结果 , 结 合 现 场 渣 土 改
良试 验 , 研 究 了土 压 平 衡 盾 构 穿 越 黄 土 地 层 及 全 断 面 砂 层 时 地 表 变 形 的 主 要 影 响 因 素 及 其 控 制 技 术 , 并 根 据 计 算 结 果 给 出 了 土压 平 衡 盾 构 穿 越 含 砂 土 层 过 程 中 的 土 舱 压 力 、 出土量 、 注 浆 压 力 和 注 浆 量 等 变 形 主 要 影 响
中图分类号 : TU 9 4 文献 标 志 码 : A 文章编号 : 1 0 0 6 — 7 9 3 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 3 4 1 一 O 7
目前 , 盾构 施工 方法 已经广 泛应 用 于地下 隧道 工 程建 设 . 其 中, 李 曙 光口 对 软 土 地层 土 压 平衡 盾 构 掘 进过 程 中地表 沉 降影 响 因素进 行 了分 析 ; 唐 益群 总 结 了土 压平 衡 盾 构 掘进 软 土 地 区砂 性 土层 时改 善施 工 条件 的方 案 ; 谭忠 盛[ 3 研 究 了软 硬不 均地 层复 合盾 构掘 进技 术及 渣土 改 良技 术 . 但对 于黄 土地 区 含 砂土 层条 件下 土压 平衡 盾 构掘 进过 程 中 的土 体 变 形控 制 技 术 及 解 决 土层 不 适 应 问 题 的研 究 还 很 少
见 ]ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.
西 安市 位于 黄河 流域 中部 的关 中盆地 , 主要 地层 由黄 土地 层 和砂 层 构 成. 目前 , 西 安 地 铁 二号 线 作 为 国 内首条 在黄 土地 质条 件下 修建 的 地铁 隧道 已经 开始 施工 . 在其 施工 过程 中 , 某 些 区间段 遇 到 了穿 越 砂层 的情 况[ 9 ] . 本 文通 过现 场渣 土改 良试 验 , 结合 监测 结 果分 析 , 开 展 了对 土 压 平衡 盾 构 穿 越砂 层 不 适 应性 问题 的研 究 . 同时计算 得 出 了土压 平衡盾 构 穿越 含 砂 土层 时土 舱 压 力 、 出 土量 、 注 浆 量 和 注浆 压 力 等影 响 因素 的经 验值 , 为类 似 工程解 决 土压平 衡 盾构对 穿 越土层 的不适应 问题 提供 参 考.
基金项 目: 陕 西 省科 技 攻关 计 划项 目( 2 0 1 l k l 0 — 2 0 ) ; 包 头 市科 技 计 划 项 目 ( 2 0 1 l x 1 0 0 6 ) 作者简介 : 胡长明( 1 9 6 3 一 ) , 男, 教授 , 博士生导师 , 从 事 土 木 工 程 建 造 与 管 理 方 向的 研 究
1 . 1 室 内试 验 方 案
( 1 ) 膨润 土 泥浆优 化试 验 : 按照 水 与膨润 土 的质 量 比为 6:1 、 8:1 、 1 0:1 、 1 2: 1 、 1 4:1 , 配制 膨 润
收 稿 日期 : 2 0 1 2 — 1 0 — 1 6
修 改 稿 日期 : 2 0 l 3 一 O 5 一 O 5
因 素 的经 验 值 . 结果表 明, 土压平衡盾构穿越含砂土层过 程 中, 表 现 出 了 较 强 的不 适 应 性 , 但 经 膨 润 土 泥 浆 对
渣 土 进 行 改 良后 , 盾构开行顺利 , 施工 进度 较快. 当土舱压 力 、 出土 量、 注浆压 力和 注浆 量分别 控制在 1 4 O ~ 2 6 0 k P a 、 5 4~ 5 6 m。 、 2 1 O ~3 0 0 k P a 和 每环 4 m 。 时, 土 压 平 衡 盾 构 表 现 出 了较 好 的适 应 性 . 相 关 结 论 可 为 类 似 工程解决土压平衡盾构对 穿越土层的不适应问题提供参考. 关键词 : 土压 平 衡 盾 构 ; 全 断 面砂 层 ; 非适应性 ; 渣土改 良; 变 形控 制
1 试 验 及 监 测 方 案
土压 平衡 盾构 适用 于 粘性 土层 , 对砂 性 土表 现 出较 强 的不适 应性 , 主 要表 现在 :
( 1 ) 地 表沉 降 控制难 度 较大 . 由于 砂 层成 拱 效 应 较 差 , 上 部 土 压 不 能得 到保 证 , 刀 盘 上 端 很容 易 塌 空, 对 前方 土体 扰 动过 多 ; ( 2 ) 砂 质 土层 导致 刀盘 磨损 、 掘进 困难 . 由于砂 性 土摩 擦 阻力 大 、 标 贯击 数 高 , 当切 削下 来 的 渣土 充 满 土舱 和螺 旋机 内时 , 将 会 造成 刀盘 扭矩 和螺 旋输 送机 扭矩 增大 , 直接 降低 掘进 速度 甚至无 法 推进 .