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9.4.盾構(gòu)法勘察9、4。2 盾構(gòu)法隧道軸線和盾構(gòu)始發(fā)井 接收井位置的選定、盾構(gòu)設(shè)備選型和刀盤。刀具的選擇.盾構(gòu)管片設(shè)計及管片背后注漿設(shè)計。盾構(gòu)推進壓力 推進速度。土體改良.盾構(gòu)姿態(tài)等施工工藝參數(shù)的確定.盾構(gòu)始發(fā)井、接收井端頭加固設(shè)計與施工。盾構(gòu)開倉檢修與換刀位置的選定等與工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件密切相關(guān) 1，盾構(gòu)隧道軸線和覆土厚度的確定,必須確保施工安全 并且不給周圍環(huán)境帶來不利影響,應(yīng)綜合考慮地面及地下建筑物的狀況。圍巖條件,開挖斷面大小，施工方法等因素后確定,覆蓋層過小,不僅可能造成漏氣、噴發(fā) 當(dāng)采用氣壓盾構(gòu)時 上浮，地面沉降或隆起.地下管線破壞等.而且盾構(gòu)推進時也容易產(chǎn)生蛇行、過大則會影響施工的作業(yè)效率、增大工程投入,根據(jù)工程經(jīng)驗，盾構(gòu)隧道的最小覆蓋層厚度以控制在1倍開挖直徑為宜.2 由于盾構(gòu)選型與地質(zhì)條件。開挖和出渣方式。輔助施工方法的選用關(guān)系密切,各種盾構(gòu)的造價,施工費用 工程進度和推進中對周圍環(huán)境的影響差別又相當(dāng)大、加之施工中盾構(gòu)難以更換 所以必須結(jié)合地質(zhì)條件、場地條件 使用要求和施工條件等慎重比選.盾構(gòu)機械根據(jù)前端的構(gòu)造型式和開挖方式的不同.大致分為圖2所示的幾種基本型式，1，全面開放型盾構(gòu)，又稱敞口盾構(gòu).是開挖面前方未封閉的盾構(gòu)的總稱，根據(jù)所配備的開挖設(shè)備,又區(qū)分為人工開挖式盾構(gòu)。半機械開挖式盾構(gòu)和機械開挖式盾構(gòu).全面開放型盾構(gòu)原則上適用于洪積層的密實的砂。砂礫,黏土等開挖面能夠自穩(wěn)的地層、當(dāng)在含水地層或在沖積層的軟弱砂土。粉砂和黏土等開挖面不能自穩(wěn)的地層中采用時 需與氣壓法，降低地下水位法或注漿法結(jié)合使用,其中人工開挖式盾構(gòu)是利用鏟、風(fēng)鎬。鋤.碎石機等工具開挖地層 根據(jù)需要.開挖面可設(shè)置擋土千斤頂進行全斷面擋土，它比較容易處理開挖面出現(xiàn)軟硬不勻的地層或夾有漂石.卵石等的地層 清除開挖面前方的障礙物也較為便利。一般當(dāng)開挖斷面很大時 可在盾構(gòu)機內(nèi)裝備可動工作平臺采用分層開挖、來保證開挖面的穩(wěn)定,半機械開挖式盾構(gòu)是指斷面的一部分或大部分的開挖和裝渣使用了動力機械的盾構(gòu)，由于在使用挖掘機和裝渣機的部分采用擋土千斤頂?shù)戎ёo措施比較困難。只能實現(xiàn)部分擋土.且往往工作面的敞開比用人工開挖式盾構(gòu)時大，因此對地層穩(wěn)定性的要求比后者更為嚴(yán)格,機械開挖式盾構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)的切削頭連續(xù)地進行開挖,刀頭安裝在刀盤或條幅上。前者可利用刀盤起到支護作用，對開挖面的穩(wěn)定有利 后者工作面敞開較大。適用于可在相當(dāng)長的時間內(nèi)自穩(wěn)的地層,圖2，盾構(gòu)類型.2 部分開放式盾構(gòu)、這種盾構(gòu)在距開挖面稍后處設(shè)置隔墻，其部分是開口的 用以排除工作面上呈塑性流動狀的土砂，是一種適合在沖積層的黏土和粉砂地層中使用的機種,不適用于洪積黏土層。砂土和碎石土地層.此種盾構(gòu)對土層的含砂量及液性指數(shù)等有一定要求、見圖3及表3,從日本的工程實踐看.多用于含砂量小于15。的地層,一般適用范圍為含砂量小于25,黏聚力小于45kPa。液性指數(shù)大于0 80的地層.如果超出以上范圍,隨著地層強度和含砂增大.盾構(gòu)推進時的千斤頂推力亦增大.易造成對管片和盾構(gòu)機的損傷 且會產(chǎn)生盾構(gòu)方向控制和地表隆起問題、圖3。部分開放式盾構(gòu)的適用范圍a、可用封閉.b.不能用封閉,S.含砂率,c。黏聚力，IL。液性指數(shù)表3,部分開放式盾構(gòu)適用的地層特性。3、密閉型盾構(gòu).包括土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)兩大類。它們是現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,具有施工安全可靠、掘進速度快 在大多數(shù)情況下可不用輔助施工方法等特點.這兩類盾構(gòu)在工法形成的基本條件方面有許多共同點.前端都有一個全斷面的切削刀盤和設(shè)在刀盤后面的密封艙、把從液狀到半固體狀的各種狀態(tài)的棄土充滿在艙室內(nèi)。用以保持開挖面的穩(wěn)定 并通過適當(dāng)?shù)氖侄伟衙芊夤ぷ髅娴臈壨僚懦簟Ｍ翂浩胶舛軜?gòu),其特點是利用與密封艙相連的螺旋輸送機排土,通過充填在密封艙內(nèi)的棄土并調(diào)節(jié)螺旋輸送機的排土量以平衡開挖面上的水,土壓力.為了達到上述目的，對密封艙內(nèi)的棄土最基本要求是應(yīng)具有一定的流動性和抗?jié)B性,前者至少要有使土顆粒容易移動的盡可能適度的孔隙量，含水量、孔隙比.此孔隙量隨地層而異,作為大致的標(biāo)準(zhǔn).黏性土是液性限界、砂性土是最大孔隙比，此外滲透系數(shù)k 10 5cm.s被認為是土壓平衡盾構(gòu)操作的一個經(jīng)驗限制值.如果土質(zhì)的滲透性過高，地下水可能穿透密封艙和螺旋輸送機的土壤、因此。在不具備流動性或滲透性能過高的土層中,需要通過對密封艙內(nèi)的棄土注入附加劑的方法改善其特性 這種措施使得土壓平衡盾構(gòu)可以適用于多種地層，包括砂礫.砂.粉砂，黏土等固結(jié)度低的軟弱地層和軟，硬相兼的地層.視地層條件的不同,可以采用不同類型的土壓平衡盾構(gòu)，其中 土壓式適用于一般的軟黏土和含水量及顆粒組成適當(dāng),有一定黏性的粉土、棄土經(jīng)刀盤攪拌后已具備較大的流動性。能以流態(tài)充滿密封艙.泥土加壓式適用于無流動性的砂,砂礫地層或洪積黏土層中.通過對艙內(nèi)棄土添加水.膨潤土 黏土漿液。氣泡、高級水性樹脂等外加劑，經(jīng)強制攪拌使挖土獲得必要的流動性和抗?jié)B性.泥漿式適用于松散.透水性大,易于崩塌的含水砂礫層或覆土較薄.泥土易于噴出地面的情況、將壓力泥漿送入密封艙 與棄土攪拌后成為高濃度泥漿,比重為1 6 1，8，用以平衡開挖面的水.土壓力。泥水平衡盾構(gòu)。此種盾構(gòu)的特點是向密封艙內(nèi)注入適當(dāng)壓力的泥漿用以支撐開挖面、將棄土和泥水混合后用排泥泵及管道輸送至地面進行排泥處理，泥水盾構(gòu)不僅適用于砂礫 砂 粉土、黏土等固結(jié)度低的含水軟弱地層及軟、硬相間的地層.并且對上述地層中上部有河流。湖泊,海洋等高水壓的情況也是有效的，但是對滲透系數(shù)k 10,2cm，s 細粒含量在10 以下的土層難以通過泥水取得加壓效果,并可能使地層產(chǎn)生流動化.泥水盾構(gòu)的主要缺點是需要配備一套昂貴的泥水處理設(shè)備，且占地較大.4.混合型盾構(gòu)。為適應(yīng)沿線地質(zhì)條件有明顯差異的長隧道的施工而開發(fā)的新型盾構(gòu)、實質(zhì)是根據(jù)具體工程的地質(zhì)，水文,隧道、環(huán)境等方面的實際條件將土盾構(gòu)和硬巖掘進機的功能和結(jié)構(gòu).合理地加以組合與改進.可以適應(yīng)從飽和軟土到硬巖的開挖,例如.帶有伸縮式刀盤并設(shè)有土壓平衡設(shè)施.刀盤上備有能分別適應(yīng)于軟.硬巖切削的割刀和滾刀兩種刀具,還裝備有橫向支撐等 當(dāng)盾構(gòu)在硬巖中掘進時。橫向支撐將盾構(gòu)固定在圍巖中，刀盤旋轉(zhuǎn)并向前伸進,棄土進入土艙后經(jīng)螺旋輸送機排除.此時土艙中的棄土不充滿 也不需要進行土壓平衡控制.當(dāng)遇不穩(wěn)定含水地層時,利用盾構(gòu)千斤頂頂進 棄土全部充滿土艙，必要時施加添加劑，采用土壓平衡盾構(gòu)的方式工作、9.4.3，從以下幾方面理解盾構(gòu)法巖土工程勘察的要求,1,常見的不良巖土條件對盾構(gòu)法施工的影響主要為以下幾個方面 1、靈敏度高的軟土層,由于土層流動造成開挖面失穩(wěn),2、透水性強的松散砂土層 涌水并引起開挖面失穩(wěn)和地面下沉 3 高塑性的黏性土地層、因黏著造成盾構(gòu)設(shè)備或管路堵塞,使開挖難以進行。4。含有承壓水的砂土層，突發(fā)性的涌水和流砂.隨著地層空洞的擴大引起地面大范圍的突然塌陷，5、含漂石或卵石的地層 難以排除,或因被切削頭帶動而擾動地層,造成超挖和地層下沉，6、上軟下硬復(fù)合地層，因軟弱層排土過多引起地層下沉.并造成盾構(gòu)在線路方向上的偏離 因此，以上巖土條件是盾構(gòu)法的重點勘察內(nèi)容、4 當(dāng)盾構(gòu)穿越含有漂石或卵石的地層時。粒徑大小、含量及強度對盾構(gòu)機的選型，設(shè)計。以及設(shè)備配置等有直接影響,隨著盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，在此種含水地層中,采用密閉型盾構(gòu)施工的實例正在增多、但也不乏因情況不明或設(shè)計不周導(dǎo)致機械故障 造成難以推進的例子.所以 當(dāng)用常規(guī)鉆孔無法搞清情況時。就應(yīng)該采用大口徑勘探孔以便摸清地質(zhì)情況。據(jù)此設(shè)計盾構(gòu)機切削刀頭的前面形狀，支承方式。確定刀盤的開口形狀和尺寸、刀頭的材質(zhì)和形狀 螺旋輸送機或其他水力輸送機的直徑。結(jié)構(gòu)等、由于受到盾構(gòu)內(nèi)部作業(yè)空間的限制，輸送管道允許采用的口徑與盾構(gòu)內(nèi)徑有關(guān)、一般當(dāng)粒徑大于輸送管道直徑的1 3時 就容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象、需在盾構(gòu)中設(shè)置破碎機，5，盾構(gòu)始發(fā)井.到達井及聯(lián)絡(luò)通道是盾構(gòu)施工中最容易出現(xiàn)事故的部位。因此，盾構(gòu)法的巖土工程勘察工作需要對盾構(gòu)始發(fā),接收井及盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的地質(zhì)條件進行分析和評價,預(yù)測可能發(fā)生的巖土工程問題、提出巖土加固范圍和方法建議 6,盾構(gòu)勘察中各項勘察試驗?zāi)康囊姳?.表4。各項勘察試驗?zāi)康?，4 4,盾構(gòu)法施工管片背后注漿壓力比較大、如鉆孔封填不密實，漿液可能沿鉆孔噴出地面 此類現(xiàn)象在北京.成都,深圳 廣州的城市軌道交通工程盾構(gòu)施工中均出現(xiàn)過 因此、需要按照要求對勘探孔封填密實,廣州市城市軌道交通工程勘察中一般采用水泥砂漿通過鉆桿注漿回填至地面.9.4、5.盾構(gòu)下穿地表水體時.尤其是盾構(gòu)處在掘進困難時，受到地表水體危害的可能性是較大的,因此。巖土工程勘察應(yīng)對這種情況進行分析 9、4、6、淤泥層、可液化的飽和粉土層及砂層等對盾構(gòu)施工產(chǎn)生很大影響 而且這種影響會持續(xù)到運營期間。嚴(yán)重時會影響盾構(gòu)隧道的穩(wěn)定性、因此.巖土工程勘察不僅需要分析評價淤泥層。可液化的飽和粉土層及砂層對盾構(gòu)施工安全的影響，還要提出這些不良地層對將來運營期間隧道穩(wěn)定性可能產(chǎn)生的影響。