大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)穿越長江大堤施工關(guān)鍵參數(shù)選取研究

(1.上海市合流工程監(jiān)理有限公司 上海 浦東 200120) (2.上海閔行城市建設(shè)投資開發(fā)有限公司 上海 閔行 201100) (3.武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 湖北 武漢 430000)

一、工程概況

某越長江盾構(gòu)隧道位于G15沈海高速蘇通長江大橋上游西側(cè)600m～1200m處，隧道(綜合隧道)自南岸(蘇州)始發(fā)工作井向北，下穿南岸長江大堤，進(jìn)入長江河道，而后下穿長江北岸大堤，抵達(dá)北岸(南通)接收工作井，隧道(綜合隧道)總長度約5468m。盾構(gòu)刀盤直徑12.07m，隧道內(nèi)直徑10.5m，盾構(gòu)隧道始發(fā)井距離大堤263米左右。

二、地層介紹

大堤底部與隧道頂板之間厚度約16m-18m，其間地層為③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2粉砂、③3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③4粉質(zhì)黏土與粉土互層、③5淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，隧道頂板位于③5淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，隧道底板位于④2粉土層。

三、穿越大堤難點(diǎn)、重點(diǎn)分析

1.穿越大堤時(shí)期處于夏季，長江水位較高，控制大堤隆起或者沉降，保證大堤安全是盾構(gòu)施工的重點(diǎn)。2.該地段處于5%下坡，盾構(gòu)機(jī)切口壓力變化較大，施工參數(shù)選取也是難點(diǎn)。

四、盾構(gòu)施工相關(guān)參數(shù)選取

(一)泥漿指標(biāo)選取

1.比重。由于盾構(gòu)機(jī)在砂性土層中穿越長江大堤段，所以選取1.25g/cm3；2.黏度。更好地謀求盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定，選取控制在22～24s的范圍；3.含砂量。去除泥漿中20μm以上的砂顆粒，并且20μm以下的砂粒也控制在10%以下的范圍內(nèi)；4.析水量。泥漿的析水量需小于5%，保證泥漿的懸浮性；5.pH值。泥漿pH值需呈堿性。

(二)扭矩選擇

刀盤扭矩的估算

T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8

式中：

●刀盤切削扭矩T1；

●刀盤自重形成的軸承扭矩T2；

●刀盤軸向荷載形成的軸承扭矩T3；

●密封裝置摩擦力矩T4；

●刀盤前表面摩擦扭矩T5；

●刀盤圓周面的摩擦反力矩T6；

●刀盤背面摩擦力矩T7；

●刀盤開口槽的剪切力矩T8

經(jīng)計(jì)算 扭矩設(shè)定在46000～52000KN之間

(三)推力選擇

推力的估算

F=F1+F2+F3+FS+FNL

式中：

●盾殼和土層的摩擦力F1；

●土壓的正面阻力F2；

●水壓的正面阻力F3；

●盾尾密封與管片之間的摩擦力Fs；

●拖拉后配套的力FNL(經(jīng)驗(yàn)值)

經(jīng)計(jì)算 推力設(shè)定在2.1～2.5MN/m之間

(四)推進(jìn)速度選擇

盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制在1～2.0cm/min，盡量保持推進(jìn)速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越大堤，以減少對周邊土體的擾動(dòng)影響，以免對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響

(五)同步注漿配比

在穿越大堤時(shí)通過增加水泥的用量來保證同步注漿漿液更快的硬化，并且強(qiáng)度更強(qiáng)。

砂漿配合比

(六)盾構(gòu)機(jī)切口壓力選擇

切口壓力根據(jù)以下水土分算公式算得:

切口水壓上限值：

P上=P1+P2+P3

P上：切口水壓上限值(kPa)；

P1：地下水壓力(kPa)；

P2：靜止土壓力(kPa)；

P3：變動(dòng)土壓力，一般取20kPa；

切口水壓下限值：

P下=P1+P2+P3

P下：切口水壓下限值(kPa)；

P2：主動(dòng)土壓力(kPa)；

P1，P3——分別指地下水壓力、變動(dòng)土壓力(kPa)；

切口壓力設(shè)定在上、下限值之間

經(jīng)計(jì)算切口壓力設(shè)定在3.11～3.15bar之間(取上下水壓平均值)

(七)同步注漿量與壓力

盾構(gòu)機(jī)開挖與管片外徑形成的空隙為17.47m3/環(huán)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越長江大堤時(shí)，按照150%～200%加大注漿量控制，即26.21m3/環(huán)～34.95m3/環(huán),注漿壓力按照略大于切口壓力計(jì)算0.5bar。

五、監(jiān)測系統(tǒng)布置及沉降控制效果

(一)大堤監(jiān)測點(diǎn)布置

在盾構(gòu)穿大堤范圍內(nèi)的兩側(cè)50m范圍內(nèi)布置33個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。共4排，每排位置分別距大堤外側(cè)坡腳10m、大堤內(nèi)外側(cè)坡腳、距大堤內(nèi)側(cè)坡腳25m，監(jiān)測點(diǎn)在盾構(gòu)掘進(jìn)穿越大堤方向進(jìn)行加密布置，共布置16個(gè)沉降觀測點(diǎn)。

(二)大堤沉降控制效果

監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)測量，沉降最大-6mm,隆起3mm各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)變化量滿足-30～+10mm的地面沉降控制要求。

六、結(jié)語

在本工程盾構(gòu)機(jī)穿越長江南岸大堤時(shí)，對切口壓力、同步注漿量與壓力等施工參數(shù)進(jìn)行了選取并應(yīng)用于施工，盾構(gòu)機(jī)順利通過長江大堤，地面沉降控制效果滿足要求，保證了長江大堤安全。本文可為類似穿越重要構(gòu)建筑物的大直徑盾構(gòu)工程施工提供可靠借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

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