080410盾构过车陂南站东端砂层施工方案

2008.4.101广东水电二局股份有限公司1广州市轨道交通五号线车三盾构区间车陂南站东端采用TAC高分子材料过砂层施工总结2008.4.101广东水电二局股份有限公司2•一、车陂南站东端砂层段简述•车陂南站东端砂层段桩号里程范围为YDK23+303.557～YDK23+213.357，共90.2米，砂层侵入隧道最大厚度达5.4m，其地质剖面详见车陂南站东端头左右线地质剖面图。原设计采用旋喷桩加固此范围砂层，以保证盾构顺利通过。结合车陂南站交通疏解要求，我单位将本范围砂层加固分为了二期施工。90.2右线剖面右线剖面右线剖面一期右线车陂南砂层平面图左线二期2008.4.101广东水电二局股份有限公司3砂层右线剖面2008.4.101广东水电二局股份有限公司4砂层左线剖面2008.4.101广东水电二局股份有限公司5•一期加固情况：右线加固于06年2月20日开始,由管线、障碍物多,施工非常困难,共花费6个月才完成。•二期加固情况：因车陂南站施工后，二期加固施工围蔽不满足交通疏解要求,北侧围蔽边线距离人行道仅仅5.8米，不足两个车道.不符合广州市交警对道路交通疏解要求。此外，车陂南站施工已对黄埔大道的交通情况造成非常大的压力，市民投诉该处的交通状况也比较多，市政园林局对在此处的施工占道审批非常严格，加固施工临时占道证件办理难度很大。从一期加固施工情况来看，之所以耗时6个月完成1200条旋喷桩施工，主要是因为车陂南加固场地下管线众多，主要管线为：Φ400煤气管、Φ1000给水管，高压电缆、Φ600排水管、7.1米×7.6米顶管井一座及Φ1400排水管；埋深从1.27米～5.1米；二期加固施工场地内同样存在以上管线，而且加固场地内管线更为复杂，需进行斜桩加固的位置更多，施工风险较大。2008.4.101广东水电二局股份有限公司6区间隧道起始里程23+209.10736,026.138145,211.76645,182.443745,187.3653D6D15D13D27D11400X400L2L18L45M4M9M11110W11W8300X300300Y11Y8200图例J5J7J25300300X300地下管线图2008.4.101广东水电二局股份有限公司7•基于以上原因我项目部决定采用高分子材料过五号线车陂南东端约100m砂层2008.4.101广东水电二局股份有限公司8二、实施方案1.引进日本TAC公司高分子材料,并要求TAC公司派专业人员现场指导;2.在试验室进行试配,以使盾构机手对新材料有感性认识；3.在东圃站西端砂层进行高分子材料过砂层试掘进,总结运用TAC高分子材料掘进参数及适应性；4.在取得经验后,编制采用TAC高分子材料过车陂南站砂层方案,经业主审查同意后实施。2008.4.101广东水电二局股份有限公司9在试验室进行试配2008.4.101广东水电二局股份有限公司102008.4.101广东水电二局股份有限公司112008.4.101广东水电二局股份有限公司122008.4.101广东水电二局股份有限公司132008.4.101广东水电二局股份有限公司142008.4.101广东水电二局股份有限公司15结论：1.在砂70%、水20%、粘性土10%十TAC5‰、10%时,泥浆状变成泥团状,扩散度由50cm减少至30cm;2.加入TAC高分子材料后,根据粘土的含量、TAC高分子浓度大小吸水效果显著。2008.4.101广东水电二局股份有限公司16•东圃站西端砂层采用高分子材料掘进取得的效果左右线砂层段里程如下表：隧道起点里程终点里程距离（m）环号范围砂层最大侵入隧道厚度（m）右线YDK24+267YDK24+184.582.55～602左线ZDK24+258.2ZDK24+220.138.112～38砂层少量入隧道，洞顶覆盖砂层2008.4.101广东水电二局股份有限公司17砂层右线砂层砂层2008.4.101广东水电二局股份有限公司18砂层左线砂层2008.4.101广东水电二局股份有限公司19实施效果1.TAC公司益冈先生在东圃站西端砂层掘进时到现场进行指导及培训,取得很好效果。2.东圃站西端砂层左右线分别于2007年4月30日至5月7日和4月2日至4月12日完成掘进。土压、出土量均好控制,地面沉降控制好。地面监测布点采用抽芯钻机穿过黄埔大道砼路面到达原始土层面，确保监测数据的真实性。其中右线砂层段共82.5m隧道上方共布置监测点9个，左线砂层段38.1m隧道上方共布设监测点7个，所测监测点最大沉降数据如下表所示：右线点号57环53环47环40环34环28环22环14环11环沉降数值（mm）-1.5-0.5-9.7-1.6-3.8-6.5-15.6-12.5-10.7左线点号38环34环28环22环14环Z2Z1沉降数值（mm）-4.9-9.0-19.5-15.2-14.7-5.3-4.52008.4.101广东水电二局股份有限公司20•此后项目部应用高分子材料掘进顺利通过了位于线路上的重要建筑物指甲钳厂和煤气库房，根据第三方监测单位广州市地下铁道设计研究院跟踪监测数据，如下表：监测点名A001A006A009A014累计变化最大值（mm）0.95-4.81-12.22-7.11最大沉降量为12.22mm，确保了指甲钳厂和煤气库的安全。2008.4.101广东水电二局股份有限公司212008.4.101广东水电二局股份有限公司22三、采用高分子材料过车陂南站砂层具体实施方法•3.1盾构机刀盘注入孔配置4注水7注水6注水1注高分子5高分子3高分子2注泡沫2008.4.101广东水电二局股份有限公司23•3.2盾构机注入管.泵配置七个孔对应七台泵2008.4.101广东水电二局股份有限公司243.3注入方式、注入量和注入高分子材料浓度高分子材料注入方式•高分子材料通过盾构机上注水泵、注泡沫泵打入刀盘正面。三菱盾构机在四号线琶仑盾构后,对刀盘注入孔和注入设备进行了改造，可灵活实现注水、注泡沫和注入高分子材料的灵活转换。注入设备方面，在较好地层掘进时，可通过注入水和泡沫来改良渣土进行掘进，在砂层等软弱地层掘进时，通过设备管路阀门转换，通过注入高分子材料和水来进行掘进；刀盘注入孔也可灵活转换，改造后刀盘有7个注入孔，其中在刀盘中心辐条侧面有两个高压注水孔，刀盘正面有五个注入孔，7个注入孔可通过管路和阀门转换实现注入不同的添加材料，注入设备和管路以及刀盘注入孔如下所示：2008.4.101广东水电二局股份有限公司252008.4.101广东水电二局股份有限公司26盾构机刀盘注入孔配置4注水7注水6注水1注高分子5高分子3高分子2注泡沫2008.4.101广东水电二局股份有限公司27•高分子材料浓度选择和注入率的选择•高分子材料浓度为高分子原液掺入水后原液体积和掺水后总体积之比；注入率为注入高分子材料量和掘削渣土量的比值。•本工程盾构机通过车陂南砂层段，高分子材料注入浓度0.5～1‰和注入率分别为8～15％，渣土改良效果良好。•车陂南站砂层个别断面侵入隧道厚度最大达5m，掘进时土仓含砂量加大，根据注入浓度和注入率与吸收砂层水分成正比原理，在盾构过车陂南站东端砂层段时，选择相对较大的浓度和注入率进行渣土改良。2008.4.101广东水电二局股份有限公司283.4过砂层土压平衡模式下预防结“泥饼”措施•在过砂层段时，往往采取土压平衡模式进行掘进，根据以往其它施工单位类似地层施工经验，此时土压设定略大于计算土压取值，在这样的情况下掘进，速度往往较慢，如果渣土改良不好或注入孔堵塞，往往出现“泥饼”，影响盾构顺利推进。•根据以往盾构施工预防结“泥饼”施工经验，在掘进时刀盘前面加入水和适当比例的泡沫剂对改良土层粘性是十分有效的。由于是在砂层中掘进预防结“泥饼”，所以加水对刀盘前方掌子面稳定不是很有利，且加水量大势必增加高分子材料数量，因而不是最佳的注入添加剂。所以，在本区段砂层掘进时一般选择加入适合的泡沫剂和高分子材料来预防“泥饼”问题的发生，两种材料可以结合使用，也可以根据实际情况分开单独使用。根据高分子材料供应商材料说明书，在含砂粘性土层中掘进时，加入0.3‰～0.8‰浓度的TAC，可以达到减小土壤粘性的目的，土和易性增强，流动性加大。2008.4.101广东水电二局股份有限公司293.5盾构掘进参数总结•盾构在过车陂南段砂层过程中，采取如下表参数进行掘进效果较好序号项目参数备注序号项目参数备注1刀盘转速1.0～1.5r/min6注浆量5.0～5.2m3每环2土仓压力180~230KPa土仓中部7注浆流量60~100L/min3掘进速度20～35mm/min8刀盘注入材料1#、3#、5#孔：注高分子材料2#孔：注泡沫4#、6#、7#孔：注水4推力1400～1800t9高分子材料注入砂层地质：浓度0.5～1‰、注入率8～15％粘土地质：浓度0.3～0.5‰、注入率：8～10％5注浆压力0.3~0.5MPa同步注浆10出土量4～4.5箱即65～74m32008.4.101广东水电二局股份有限公司30•车陂南站东端过砂层经济比较经过我单位应用高分子材料在车陂南东端砂层掘进与地面加固费用比较,应用高分子材料费用约为加固费用的十分之一!2008.4.101广东水电二局股份有限公司312008.4.101广东水电二局股份有限公司322008.4.101广东水电二局股份有限公司332008.4.101广东水电二局股份有限公司342008.4.101广东水电二局股份有限公司352008.4.101广东水电二局股份有限公司362008.4.101广东水电二局股份有限公司372008.4.101广东水电二局股份有限公司38