盾构隧道穿越破碎带地段专项施工方案

盾构穿越断层破碎带段专项施工方案

1、编制说明

为了保证盾构安全穿越江中断层破碎带,确保盾构在穿越破碎带施工中做到防漏、防冒、防沉与防抱死,特编制本方案。本方案的思路为:通过盾构开挖面泥水压力的控制及渣土量的管理,加强同步注浆以实现盾构安全、快速通过断层破碎带。

2、工程概况

秋水站～中山西路站区间线路从秋水站出发过赣江中大道后向南下穿赣江,至江南岸堤处以小曲率半径(R-360右线、R-350左线)转向东,下穿南昌市水电局办公楼后接至本区间终点中山西路站。区间最小平面曲线R=349、851m。本区间主要在赣江下穿行,隧道埋深5、2～21.50米。

盾构在里程ZK11+840～ZK11+890处为F5断层破碎带,埋深约17、6米。

3、工程地质情况

该地段局部岩层裂隙发育、岩体破碎,对隧道洞身稳定具不利影响;且此类破碎段同时也就是区内基岩裂隙溶蚀水的相对富水区段,其透水性较好;由地勘报告可知,破碎段有贯通性裂隙与上部第四系孔隙水含水层连通,并透过孔隙水含水层与赣江水体相连,形成相互补排关系。

断层破碎带位置,里程

ZK11+840～ZK11+890

图1 盾构隧道在江中浅覆土段相对位置图

4、盾构下穿F5断层破碎带技术措施

4、1、准备工作

(1)泥水盾构施工前,配制一定比重、粘度、足够量的泥水供盾构循环使用,在掘进前,在泥浆槽里要制备施工所需的浆液。

(2)对盾构机各系统(特别就是液压推进系统、各泵站的叶轮泵壳)进行检查,确保盾构机的工作状态,同时对泥水处理系统、空压机、行吊、电瓶车、装载机、叉车等关系到盾构机掘进的机械设备加强检查,以减少因设备故障造成的盾构机停机时间,确保盾构安全、连续、快速的通过破碎带。

4、2主要技术措施及要求

在泥水盾构掘进过程中可能会出现开挖面失稳、注浆效果不佳、防水效果差等事故。为保证施工安全,拟采用以下施工技术措施:

1、在施工前对隧道范围内地质报告图进行复核,查明断层对施工的影响;

2、盾构在进、出破碎带前盾构应采取提高刀盘转速、减小刀盘推力的方式进行掘进;盾构在断层带推进时,按照“安全、连续、快速”的施工原则,通过正确操作盾构机,即严格泥浆制作工序,适当调高泥浆的密度、粘性与浓度,确保泥浆在强透水性地层中的造墙性与稳定性,采用“D”模式操作盾构机,防止开挖面出现坍塌等事故;

3、在进入破碎带前与穿过破碎带后,进行二次补助双液浆,形成止水环,确保地下水不会进入以完隧道与地层间的缝隙,防止隧道上浮。

4、同步注浆中选择水硬性浆材作为注浆材料,同时及时注入双液浆进行补强注浆。

(1)泥水处理系统的管理及控制要求

①比重

泥水的比重就是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不应过高或过低,前者将影响泥水的输送能力,后者将破坏开挖面的稳定。因此泥水比重的范围设在1、20～1.25g/cm3,即从ρ=1.25g/cm3开始,可对泥浆水进行稀释,降低比重;在ρ=1.2g/cm3时,可适当添加膨润土,

以提高泥水的比重。

②粘度

泥水的粘度就是另一个主要控制指标。从土颗粒的悬浮性要求而言,要求泥水的粘度越高越好,根据泥水处理系统的自造浆能力,随着推进环数的增加,泥浆越来越浓,粘度也呈直线上升。因此泥水粘度的范围设在30S左右。

③析水量

析水量就是泥水管理中的一项综合指标,它更大程度上与泥水的粘度有关,悬浮性好的泥浆就意味着析水量小,反之就大。故泥水的析水量控制在5%以下,降低土颗粒与提高泥浆的粘度,就是保证析水量合格的主要手段。

(2)严格控制同步注浆与浆液质量

同步注浆浆液选用可硬性浆液,严格控制浆液配比。通过同步注浆及时填充建筑空隙,减少施工过程中周边土体变形。由于盾构穿越地层主要为砾砂层,孔隙率较大,同步注浆量一般控制在理论填充量的150%～250%,实际施工中浆液的用量结合前一阶段施工的用量以及监测数据进行合理选择。注浆压力3-4bar,防止压力过大引起地面变形。

盾构推进中的同步注浆就是充填土体与管片圆环间的建筑间隙与减少后期变形的主要手段,也就是盾构推进施工中的一道重要工序。浆液压注做到及时、均匀、足量,确保其建筑空隙得以及时与足量的充填,将地表变形与管片偏移控制到最小,并防止管片接缝渗漏水。同步浆液可以迅速、均匀地填充到盾尾间隙的各个部位,使施工对土体扰动减少到最小。

每推进一环的建筑空隙为:1、2 (6、282－62)/4＝3、24(m3) (盾构外径:Ø6、28m;管片外径:Ø 6m)

每环的压浆量一般为建筑空隙的150％～250％,即每推进一环同步注浆量为Q=4、86~8、1 m3/环。泵送出口处的压力应控制在略大于周边水压力。

压浆量与压浆点视压浆时的压力值与地层变形监测数据而定。

同步注浆采用的浆液材料主要有粉煤灰、砂与膨润土等。本工程

浆液配比初步定为以下配比,在施工工程中,根据实际情况可做微调。

表1 同步注浆浆液配比

浆液主要性能指标:

胶凝时间:一般为8～10h,根据地层条件与掘进速度,通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层与需要注浆提供较高的早期强度的地段,可通过现场试验进一步调整配比与加入早强剂,进一步缩短胶凝时间,获得早期强度,保证良好的注浆效果。

固结体强度:一天大于周围土体强度,28天不小于1、0MPa。

浆液结石率:>95%,即固结收缩率<5%。

浆液稠度:9～11cm

浆液稳定性:倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于5%。

(3)二次注浆

在盾构推进时,填补建筑空隙的同步注浆浆液,有可能顺土层裂隙渗透而依旧存在一定间隙,且浆液收缩也会形成地面变形及土体侧向位移的隐患。因此,视实际情况需要,在管片脱出盾尾10环后,可采取对管片的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充。浆液为水泥-水玻璃双液浆。浆液通过管片的二次注浆孔注入管片背后地层中。壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整,从而使地层变形量减至最小,注浆压力不大于1、0mpa。

推进过程中,根据地面监测情况,若有必要可采取壁后二次注浆进行补压浆,压浆量的控制根据变形信息确定。二次补压浆浆液配比见下表:

表2 二次注浆浆液配比(kg/m3)