富水砂层衡盾泥结合WSS注浆双保压盾构带压开舱施工技术.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（上）-108-工 程 技 术在采用盾构法修建城市地下交通工程的过程中，常因地勘资料未完全揭露地层情况，导致盾构机选型时功能未完全适应地层，进而需要开舱处理泥饼、滞排问题及刀具更换作业1。由于在砂层等孔隙率大，保压性差的地层开舱风险系数高。因此，为保障施工的安全性，在地下隧道施工中，研究有效的开舱作业施工技术具有重要的意义。本文对工程实例进行研究，采用衡盾泥结合 WSS 工法地面注浆加固+带压开舱作业的方式，安全快速地更换刀具和清理刀盘泥饼，保持开挖面稳定，保障施工过程的安全性，并在切削刀盘后的密封腔内充填开挖下来的土砂，保持一定压力，可有效解决在富水砂层地质条件下，盾构施工风险系数较高、稳定性差的问题，顺利完成盾构带压开舱作业。1 工程概况佛山市城市轨道交通三号线工程火车站站桂丹路站区间由火车站出站后往西沿规划道路敷设，下穿佛山大桥、佛塑集团宿舍楼、郊边村村民房和佛开高速，最后到达桂丹路站。区间拱顶覆土厚度约为 11m29m，郊边村民房段有长约 270m 的高富水砂层侵入隧道掌子面。2 选定施工方案在 241 环掘进过程中，这个区间右线盾构机发现渣样开始出现砂层，尝试用普通膨润土、悬浮剂等渣土改良材料后，盾构机掘进效果没有明显改善，在上软下硬的高富水砂层中，盾构机施工掘进参数明显恶化，因此希望通过开舱分析解决掘进困难问题2。通过地质勘察和螺旋机排渣情况可以看出，隧道拱顶为高富水中粗砂和砾砂地层，部分已侵入掌子面。本位置地层软弱，稍有扰动会导致地面塌陷3，因此为保证掌子面稳定和满足气密性要求，须采用“衡盾泥”制作泥膜。衡盾泥结合 WSS 注浆施工技术适用地面平坦开阔且具备地面注浆条件的环境，以此可以降低“衡盾泥”泥膜周边土体渗透系数，减少泥膜被击穿的概率，同时对盾构机以上土体进行加固，有效解决在上软下硬的高富水砂层中，盾构机施工掘进参数恶化和地层软弱导致的地面塌陷等问题。考虑在地面盾构刀盘周边区域采用无收缩前进式注浆（WSS 注浆）结合衡盾泥双保压措施的方式完成盾构带压开舱作业，以此保障盾构施工的安全性和保证工程顺利进行。3 工程技术施工实例3.1 技术内容在采取衡盾泥结合 WSS 注浆双保压的技术措施过程中，衡盾泥是以膨润土为主要材料，通过改性后形成的一种高黏度触变泥浆，具有较好的和易性和黏附性，不易被水稀释且有一定的强度，在带压开舱过程中成膜的效果较好，而且材料环保4；WSS 注浆是指用钻注一体机在地表垂直向下，边钻进边稳定压力注入水泥或水泥水玻璃双液浆，对地层局部区域进行加固5。将两者结合，利用衡盾泥支撑和 WSS 注浆加固，可以有效地避免地层坍塌和渗水问题，提高盾构带压开舱作业的安全性、稳定性和效率，保证开舱顺利。土衡盾泥结合 WSS 注浆双保压盾构带压开舱施工技术的主要特点与优势如下：1）在施工中基本不需要采取其他土体加固等辅助施工措施，不仅节省成本，还对环境无污染。2）根据衡盾泥制作的泥膜完整性及渗水情况，结合空压机的变化决定是否需要重建泥膜。泥膜制作过程简单，施工期间工作面易达到稳定状态，减少了地表下沉。综合应用衡盾泥结合 WSS 注浆双保压的方式完成盾构带压开舱作业，详细的开舱流程如图 1 所示。根据图 1 的流程，利用衡盾泥技术和 WSS 注浆技术，完成盾构带压开舱作业，主要步骤如下：1）开挖前准备。在施工前，需要对地下隧道的地质情况和土层稳定性进行仔细勘察和评估。根据地质条件，确定合适的衡盾泥配比和 WSS 注浆参数。2）制备衡盾泥。按照预先确定的配比，将特殊材料与泥土充分混合，制备具有较高黏性和强度的衡盾泥。3）注浆。在盾构机进行掘进过程中，通过设置注浆管道，将 WSS 注浆材料注入地层的空隙中。注浆材料填充土体的空隙，增加土体的密实度和强度。4）配合开舱作业。在需要进行开舱作业的地点，使用挖掘机等设备进富水砂层衡盾泥结合WSS注浆双保压盾构带压开舱施工技术毛钟毓（佛山市地铁集团有限公司，广东 佛山 528000）摘 要：针对富水砂层带压开舱时易出现失稳的问题，采用衡盾泥结合 WSS 注浆双保压盾构带压开舱施工技术对富水砂层开舱作业进行研究。以佛山地铁三号线火车站站桂丹路站区间施工为例，采用衡盾泥结合WSS 工法地面注浆加固技术，进行双保压盾构带压开舱，将启动频率稳定控制在规范要求10内，地面下沉值为15mm，符合地表沉降量30mm 的要求且泥膜完整，没有出现渗水、破损的情况。说明本文提出将衡盾泥与 WSS 工法地面注浆结合的技术，可以有效防止地层坍塌和渗水，解决了富水砂层带压开舱时易出现失稳的问题，不仅保障了盾构带压开舱作业的安全性，而且保证了稳定性，提高了效率。关键词：盾构；富水砂层；开舱；衡盾泥；WSS 注浆中图分类号：U45文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.1（上）-109-工 程 技 术行挖洞作业，同时将衡盾泥涂抹在掘进面上形成泥膜，以此提供额外的支撑和稳定，并保持泥膜的湿润状态。WSS注浆也有加固和稳定地层的作用。5）施做止水环。在开舱准备工作完成后，使用模具将混凝土或其他止水材料浇筑至止水环的位置，保证开舱处的密封性。暂停 WSS 注浆施工，等待止水环养护和固化。6）双保压施工。当开舱作业时，用注浆系统对附近地层进行双保压处理。使用高压注浆泵将 WSS 注浆材料注入地层的空隙中，并对注浆参数进行实时监控和调整，保证稳定性和密实性。7）掌子面控制。根据需要可以采取钢板、预应力锚杆等加固措施，防止塌方和失稳，保障开舱的安全性。施工步骤中的使用材料，见表 1。表 1 主要材料表序号材料名称规格型号单位数量用途1磷酸t5WSS工法注浆加固2水玻璃30Be40Bet170WSS工法注浆加固3水泥P.O42.5Rt230WSS工法注浆加固4衡盾泥A粉40kg/袋t30填舱及建泥膜5衡盾泥B粉250kg/桶t2.5填舱及建泥膜在用衡盾泥结合 WSS 注浆双保压的方式完成盾构带压开舱作业的过程中，施做止水环、衡盾泥拌制和地面WSS 注浆加固是关键环节，对其进行合理施工，不仅能起到协同作用，还能为双保压盾构带压开舱施工提供全面支护和加固，保证施工的稳定性。3.2 施做止水环在二次注浆前，通过盾构机中盾的预留注浆孔径，将2m33m3的膨润土排出盾体外，充分填充盾体周边间隙，防止止水环施作期间浆液前窜包裹住盾体。待盾体周边注满膨润土泥浆后，对脱出盾尾 37 环的位置进行整环管片注浆，以达到止水的目的，止水环注浆点位图，如图 2 所示。注浆顺序为从盾尾后 3 环到 7 环，注浆点位为 1、4、8 和 11，形成连续止水环，用于阻隔盾构机后方地下水。二次注浆采用水泥浆和水玻璃双液浆，当压浆时，由专人对压入位置、压入量和压力值进行详细记录，根据地层地质及隧道埋深确定具体注浆量及注浆压力，注浆压力应 0.3MPa，保证压浆工序的施工质量。注入时应注意注浆量和注浆压力，并密切关注土舱压力波动，防止二次注浆浆液前窜，裹住盾体，裹死刀盘。注：A1P、A2P、A3P为隧道断面的不同位置的注浆点；CP为中央压力注浆点；KP为周边压力注浆点；BP为背后压力注浆点。图 2 止水环注浆点位图165432A1PA2PA3PCPKPBP注浆孔隧道断面3.3 衡盾泥拌制衡盾泥采用双组份配制材料，分别为 A 组份和 B 组份，A 组份为干粉料，B 组份为液体材料。3.3.1 拌制衡盾泥 A 液3.3.1.1 配比衡盾泥材料 A 粉水=1 2（质量比），每次搅拌加2m3水后，使用剪切泵加 1t 的衡盾泥 A 粉，加料顺序为先加水再加 A 粉。3.3.1.2 试验检验完成衡盾泥 A 液试验拌制后，经检测，待其塑化黏度约 200s 后和 B 液混合。3.3.1.3 搅拌采用剪切泵充分搅拌均匀衡盾泥 A 液，完成搅拌后利用剪切泵循环 10min15min，直至无干粉结团颗粒（即无悬浮颗粒）为止，完成搅拌后无须膨化。采取洞内搅拌的方式搅拌衡盾泥 A 液，用平板车将剪切泵运至隧道后，用接管连接浆车。3.3.2 混合衡盾泥 A 液与 B 液3.3.2.1 配比衡盾泥配比（质量比）初步定为 A 液 B 液=15 13.3.2.2 试验检验衡盾泥 A 液和 B 液混合后，经检测，待塑化黏度为600s 且配置后的密度约为 1.22g/cm31.28g/cm3后投入使用。图 1 施工工艺流程图中国新技术新产品2024 NO.1（上）-110-工 程 技 术3.3.2.3 搅拌为保证混合均匀，采用喷淋形式混合 A 液和 B 液。当搅拌时，同步注浆罐正转 5min，再反转 5min，直至混合物呈现果冻状为止。3.4 WSS 注浆加固3.4.1 土舱渣土置换为防止注浆加固时浆液进入土舱内，在注浆加固前应先将土舱内的渣土置换成衡盾泥，土舱渣土置换具体操作如下：1）保证掌子面及刀盘上方土层稳定且置换完全性，同时防止注入压力过大或者过小导致地层不稳定，影响后续保压效果。置换压力控制在开舱工作压力2.2kPa的基础上提高 0.1kPa0.2kPa，波动控制在 0.2kPa。2）利用土舱壁上 3 点和 9 点位球阀注入孔注入衡盾泥，置换土舱内渣土，注入时采用同步注浆泵进行接管，控制注入量尽量与排出量匹配，开启土舱隔板顶部预留孔，排除约 30m3的渣土，确保满舱都是衡盾泥材料为止（判断标准：顶部预留孔流出衡盾泥）。3.4.2 注浆布孔及加固范围注浆孔平面布置图如图 3 所示，根据图 3 对注浆布孔及加固范围进行描述。3.4.2.1 盾体正上方隧顶上方 0.5m2m 为 AB 液，隧顶上方 5m2m 部分为 AC 液；AC 液为水泥水玻璃双液体浆，AB 液为磷酸水玻璃化学浆液。3.4.2.2 盾体两侧及刀盘前两排隧顶上方 2m 至入岩深度 1m 为 AB 液，隧顶上方5m2m 部分为 AC 液。3.4.2.3 其余外部加固孔注入 AC 液加固深度其余外部加固孔注入均为 AC 液，加固深度为隧顶上方 5m 至入岩深度 1m。3.4.2.4 盾构施工顺序当注浆时先施工序孔，对盾体及刀盘周边进行保护后，开始施工序孔。3.4.3 WSS 注浆加固压力变化分析设计试验采用的土压力计及渗压计为微型电阻式土压力盒及渗压计。监测数据为压力盒的应变量，为得到注浆压力值需要对监测数据进行换算，如公式（1）所示。P=K （1）式中：P 为待求压力值（孔压或土压力）；为应变量（应变仪直接测得）；K 为率定系数。各种压力计率定系数值详见表 2。表 2 压力计相应率定系数值编号压力计种类量程率定系数1渗压计800kPa0.32土压力计800kPa0.4对注浆过程中的监测数据进行换算后，将测点土压力值绘制成曲线，如图 4 所示。图 4 测点土压力值曲线图侧向土压力/kPa由图 4 看出，当 70s110s 加压舱内压力达到设计值时开始注浆，由于注浆对地层有一个压密的过程会导致压力增大，因此压力变大后又变小，浆液冲破地层孔隙渗进砂土中压力明显变小；在 200s450s，注浆过程稳定，随着注浆泵的吸浆和注浆，压力会上下波动，结合其他测定值可以发现距离注浆口最近的测点压力值最大，最远的测点压力值最小，最大压力值超过70kPa；在 450s550s，注浆压力有逐渐变大的趋势，此时停止注浆，压力迅速变小。3.5 带压开舱作业根据地下水位和盾构机埋深，开舱工作压力设定为 2.2kPa，控制土舱压力分 4 级，采用少量多次的方式注入衡盾泥进行加压，每级 0.2kPa，前面 3 级要求动态稳压 2h，最后 1 级 2.8kPa3.0kPa 保证稳压 6h 以上。前 3 级分级加压完成后，缓慢转动刀盘，转速为0.1r/s0.5r/s。保证衡盾泥材料的均匀性。当气泥置换时开启盾构机自动保压系统，在衡盾泥稳压压力值的基础上，分阶梯、降级减压，每个梯级为 0.2kPa，直至达到开舱压力 2.2kPa 为止。每个阶梯压力在动态保压情况下稳压 2h，最后一级降压图 3 注浆孔平面布置图（单位：mm）（下转第132页）中国新技术新产品2024 NO.1（上）-132-技 术 经 济 与 管 理我国加快构建以国内大循环为主体、国内国际“双循环”相互促进的新发展格局，区域经济发展将以扩大内须作为战略基本点，国内消费刚需是其核心之一。农产品是普通居民食品的主要来源之一。因此，打造区域优质农产品内循环体系，是区域经济落实“以国内大循环为主体”新发展战略的首要任务。根据发达国家的冷链物流业发展的经验，普通居民年人均可支配收入为 27000 元以上时，居民不仅考虑食品消费品种和数量，而且将更关注食品质量与安全。中国国家统计局数据显示，2022 年全国居民人均可支配收入达36883 元，对于全面进入小康社会的中国，农产品质量与安全成为人们关注的重点。区域农产品冷链物流一端服务农产品生产，一端链接农产品消费，是田间地头与百姓餐桌的桥梁，守护人民群众“舌尖上的安全”和生命安全，是构建区域优质农产品内循环体系的前提，对区域农产品冷链物流现状进行科学、客观的评价，对其需要改进的相关领域进行准确定位，并提出可靠、有效的解决方案。由此可见，构建科学、系统的区域农产品冷链物流能力评价指标体系，是解决问题的第一步。1 先行研究学者们针对中国区域农产品冷链物流能力评价的研究比较少，从已有的研究来看，可以分为企业层面和区域层面：1）企业层面。赵达薇、刘乔和刘静（2013）从运输能力、仓储能力、客户服务能力、配送能力和信息化水平能力基于EFA的区域农产品冷链物流能力评价指标体系构建骆金鸿邹娟平（湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005）摘 要：针对目前用于评价中国区域农产品冷链物流能力的指标缺乏客观性、针对性和系统性的问题，本文基于20162021年中国长江经济带各省（市）农产品冷链物流相关数据，综合运用变异系数法、相关系数法以及因子分析法，从区域农产品冷链物流系统主体要素、市场要素和支持要素3个方面构建用于评价中国区域农产品冷链物流能力的3个一级指标和11项二级指标。希望能为学者们研究相关区域农产品冷链物流综合能力测度问题提供参考。关键词：区域农产品冷链物流；物流系统；物流能力评价指标中图分类号：F27文献标志码：A后稳压 6h。在最后一级稳压过程中，记录工作空压机的启动频率，如果泄气量能小于供气能力的 10，就表明开舱保压试验合格，可以开舱施工。4 技术总结在 2021 年 6 月 5 日，这个工程在 248 环位置开始对盾构机进行密封保护及使用衡盾泥置换泥浆，在 6 月 9 日进行WSS 地面注浆加固，在 6 月 22 日完成地面加固，随后使用衡盾泥建泥膜，进行保压试验，在 2021 年 7 月 5 日开始进舱工作，2021 年 7 月 15 日累计进舱 36 舱，完成带压开舱换刀及清理泥饼工作。在施工期间，虽然开舱保压阶段的空压机启动频率随着清理刀盘开口有些波动，但启动频率整体能够稳定在 10内，满足带压开舱的规范要求，较好地完成了土舱的保压工作；在 36 舱开舱过程中，地面监测的下沉值为 15mm，未出现超过规范要求的下沉且泥膜完整，没有出现渗水、破损的情况，说明采用衡盾泥结合 WSS 注浆双保压技术成功完成了富水砂层中的开舱换刀及清理工作，可有效解决在上软下硬的高富水砂层中，盾构机施工掘进参数恶化和地层软弱导致地面塌陷等问题，保障了施工的安全性，提高了施工质量。5 结语采用富水砂层衡盾泥结合 WSS 注浆双保压盾构带压开舱施工技术，能将富水砂层下带压开舱风险降到最低，具有施工质量好、操作简单、保障安全和经济效益较好等优势，不仅增加了城市轨道建设工程盾构工法的灵活性与适用性，还创造了较好的社会效益和经济效益，可以给类似工况提供借鉴。参考文献1 竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术 M.北京：中国科学技术出版社，2006.2 米晋生，许少辉.珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段（首通段）盾构隧道工程施工技术研究 M.北京：人民交通出版社，2013.3 钟长平，竺维彬，邱小佩.盾构施工“衡盾泥”辅助新工法研究 J.现代隧道技术，2016，53（3）：1-7.4 王江卡.深圳地铁复合地层盾构换刀加固施工技术 J.工程建设与设计，2015（4）：139-143.5 刘世奇.WSS 水平注浆在区间隧道端头加固中的应用 J.石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31（增刊1）：31-34.（上接第110页）