克泥效工法介绍及经典案例分析

克泥效工法介绍•福建中天交通工程技术服务有限公司国内代理•咨询热线：186050858881克泥效成分及功法简介•克泥效是由合成钙基黏土矿物、纤维素衍生剂、胶体稳定剂和分散剂构成。•克泥效工法是将高浓度的泥水材料与塑强调整剂(即水玻璃)两种液体分别以配管压送到指定位置，再将此两种液体以适当比例混合成高黏度塑性胶化体后，再通过径向孔注入的一种新型功法。混合后的流动塑性胶化体不易受水稀释，且其黏性也不随时间而变化。2克泥效3克泥效A、B液状态(VIDEOHERE)胶结后克泥效与水混和效果(VIDEOHERE)4采用黏度计（高粘度用）VT-04黏度比较：西红柿酱18dPas、蛋黄酱80dPas牙膏300dPas、发蜡450dPas克泥效工法黏土性的泥浆与水玻璃系的混合剂两液混合后即刻产生塑性状态的变化。双液型注入材料不会硬化的可塑性黏土(可以进行软硬调整)試験項目測定値規格値ゲルタイム4.5秒-粘度（混合後）300ｄPa・ｓ300～500ｄPa・ｓ试验项目测定值规格值凝结时间黏度(混合后)300dPa.s300~500dPa.s5配比：克泥效：水玻璃＝20：1克泥效每立方米用量：400公斤使用量：每吨克泥效可拌合2.5立方米水玻璃波美比：Be40比重：1.38-1.39克泥效工法6变频器控制盘流量计压力表压力传感器克泥效泵浦水玻璃泵浦克泥效设备搅拌机及储槽7盾构掘进时沉降的情况分析早期下陷(或隆起)开挖下陷(或隆起)通过时下陷(或隆起)盾尾间隙处下陷后续下陷8第二、三阶段沉降控制•(1)严格控制切口水压波动范围；加强泥浆质量控制，确保掌子面稳定。•(2)合理设定推进速度，保证推进速度稳定，开始推进和结束推进时，速度应逐渐提高或减小。•(3)严格控制出土量，原则上按理论出土量出土，可适当欠挖，保持土体的密实。•(4)同步监测刀盘正上方及前方的地面沉降或隆起量，调整切口水压及出土量去达到第二阶段的零沉降，本标段的地面隆起的危害要大于地面下沉。•(5)同步由盾构机的径向孔向盾构机的盾体外注入克泥效，及时填充开挖直径和盾体之间的空隙，注入率为120~130%之间，同时控制注入压力和注入量；地面同步监测地面的沉降，及时调整。•(6)克泥效的注入点为11点钟和1点钟位置的径向孔轮流注入。•(7)地面沉降同步监测为1到2小时一次，并做好沉降记录。9孔隙处注入克泥效10减低推力的效果（OD6500mm，曲線R=30M）洪积黏土层洪积砂层于洪积层中的效果显著11案例一：中铁四局沈阳地铁10号线14标“井冈山1号”盾构机，首次采用克泥效工法顺利下穿通过爱群小区高楼，确保百人居民楼房和百米临街商铺安然无恙•从1224米开始到1302米结束，通过专业的变频器设备向盾体与地层的空隙注入特殊的高强度塑性材料克泥效，该材料具有永不凝固，有一定承载能力的特性，克泥效工法不会因材料凝固而卡主盾体，还能有效填充掘进产生的空隙，起到支撑上方土体结构稳定。在盾构机中盾上方十一点和一点钟方向一边掘进一边交替注入填充空隙；并在地面设置多处沉降和房屋位移观测点。通过6天的克泥效工法施工有效的控制了“井冈山1号”盾构机通过爱群小区高楼时上方土体和结构的下沉量。12案例二：克泥效常压开仓案例13•工程地质情况为上软下硬地质，下部为岩盘，上部为黏土夹碎石地层，多有裂隙水，盾构机埋深22米。•盾构机在掘进工程中突然发现螺旋机不出土，打开螺旋机的检查口，发现螺旋机内没有渣土，且运转正常，刀盘运转也正常，扭矩只有不到300，往螺旋机中注入膨润土转动刀盘土压上升到1.9pa后压力不再上升，停止注入膨润土后压力迅速恢复到1.6pa，初步判断是刀盘的主动搅拌棒断了，随即做准备开仓，当时的土压是1.6pa，当人仓打开一条缝时发现水很大，无法进仓，工程情况简介•由于螺旋机无法出土，渣土只能有人孔往外清理，只能做常压开仓工法，正常的常压开仓必须在盾构机的刀盘前方注双液注浆以达到加固土质改良，然而在对地层做改良时，势必造成双液浆对盾构机的刀盘和盾体的固结，造成盾构机无法恢复掘进。•经专家进行评审后决定：在对盾构机前方进行注浆加固前，必须利用土仓的加泥孔和盾体的径向孔注入克泥效并保压，在刀盘掌子面前和盾体的四周形成一道有效的泥膜，保护好盾构机的刀盘和盾体。1415•第一次先从土仓人孔处注入克泥效，注入4小时候土仓压力升高到2.5pa，停止注入1小时后，土仓压力降到1.98pa。•第二次注入克泥效，1小时后土压升到2.32pa，改由盾构机的前盾径向孔注入克泥效，每个径向孔注入1立方米的克泥效，对盾体进行保护。•第三次对土仓进行再次注入克泥效，是的土仓压力升高到3.2pa时，盾构机刀盘前方1.5米处由地面垂直转孔注入双液浆，钻孔成型5个，每一个孔注入双液浆4立方米，钻孔深度20米。24小时后土仓压力恒定在3.12pa.2.1、建压、建泥膜162.2、泄压•第一次泄压是打开土仓底部闸阀，土仓压力由3.2pa降到2.8pa，清除部分克泥效和一些20cm左右的石块，无水。•第二次泄压是打开人孔上部球阀，克泥效挤出，有很少量水（100L左右），之后再无水涌出。土仓压力降到0.02pa。172.3、开仓•第一次开仓后清理出克泥效，并用水清洗土仓，有少量余水，•经由几次开仓清理，共清理出渣土1千余袋，70~90cm石块十余块。•检查刀具，焊接搅拌棒附：沉降数据检测表18未使用克泥效使用克泥效案例三、穿越古迹时，抑制地表沉降效果（OD12,000mm的盾构机。覆土深30M）19地盘变位施工条件挖掘面通过后在挖掘面到达1个挖掘面直径前，盾构机上方1M处，可发现挖掘中隆起(0.3mm以内)，挖掘后回复原状(0mm)的倾向。地表只有0.1mm以内的变位总体来说，挖掘面通过后，虽有些许土壤挤压的现象，但对地盘变位来说几乎没有影响。挖掘面土压(上方)静止侧压+变动压(0.26MPa+30kPa=0.29MPa)[实际]0.32~0.33MPa机身通过中挖掘面通过以后，上方1m处可发现仅有1mm的隆起，地表0.4mm以内的隆起之后盾尾通过时，上方1m处有0.4mm隆起，地表则回复到0.0mm通过中的下沉能够有卓越的抑制，可想而知，中间充填材的注入有相当大的效果。外周充填材上土压为大地压(0.39MPa)注入位置在挖掘面后方4m处。注入量，2m3/Ring(参考值)[实际]大地压大约于0.4MPa注入量=1.36~1.97m3/Ring(325R~328R抑制注入量)盾尾通过时盾尾通过时在330R掘进中并没有显着的变化。实际注入率为137~142%。壁后注浆压=大地压+差压(0.39MPa+0.18MPa=0.57MPa)盾尾通过后在盾尾通过后的前期，虽然停机时发现有下沉的现象，掘进中并没有显着的变化。通过一个挖掘面直径的地点时，地表有0.9mm的下沉量。使用克泥效后的分析20案例四、穿越台湾桃园机场跑道，地表沉降图表(OD6,240mm。覆土深25M、卵砾石层，水位GL:-8M）-1.40-1.20-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.005051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100环号前方沉陷量未使用克泥效使用克泥效-1.40-1.20-1.00-0.80-0.60-0.40-0.200.005051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100环号中心沉陷量未使用克泥效使用克泥效21地盘变位施工条件挖掘面通过后在未使用克泥效前，地表的沉降量約在1.0mm-1.2mm之間，但開始注入克泥效後，地表所測得的沉降值僅有0.24mm-0.26mm挖掘面土压(上方)静止侧压+变动压(0.21MPa+30kPa=0.24MPa)[速度]15mm/min-20mm/min机身通过时机身通过时，中心点的沉降值与挖掘面测得的沉降值差异不大，并有些微的隆起，表示地表中土壤的稳定性很好。外周充填材上土压为大地压(0.21MPa)注入位置在机身中央处。注入量，0.6m3/Ring(参考值)盾尾通过后盾尾通过后由地面实际测得的沉降值，无太大差异性，在60R-70R间，明显的测得变位量小了许多。壁后注浆实际注入率为127~135%。壁后注浆压=大地压+差压(0.21MPa+0.3MPa=0.24MPa)使用克泥效后的分析22克泥效其他应用介绍附录23洞门圈内填充克泥效泥土压式盾构机于土仓内填充克泥效（这是让始发的同时产生土压）1、盾构机始发24①隔舱注入口注入克泥效②一边确认泥土压的情况下从螺旋机排土③切刃盘边旋转边搅拌土砂①旁路运转（ＭＶ３开）②送泥阀（ＭＶ１）开③掘削面水压安定确认④克泥效注入（下方注入）（注入的泥水浆会从泥水管路回流）2、盾构机长期停止时的土压保持在土压平衡盾构工法中，保持挖掘面土压是非常重要的。盾构机的掘削一旦停止，土压平衡工法中的土压保持就无法像泥水加压工法般容易。此时，会考虑使土仓土压跟加泥泵来进行连动以保持所需的正常泥土压。在软弱地盘，加泥材料会有超量注入发生的可能性，这是由于挖掘面的前方的土质松软所造成的。此时，为了达到土仓内的土砂改良以及改善挖掘面前面松软土质的目的，可将克泥效注入土仓内，并启动切削刀头回转，进行土砂搅拌，这将能够有效地实现土压的保持。有的施工现场在盾构掘削停工之前，会自靠近螺旋机位置的注入口处或土仓的注入口处注入克泥效，这样做除了可以让土仓内部获得完全的填充外，也能确保再掘削时施工的顺利进行。注入克泥效的原因在于：当盾构处于停工阶段，螺旋机闸门处会出现少量漏水，土砂会逐渐沉淀后推积在土仓的下半部，一旦遇到挖掘面的崩坏或再度挖掘时，会造成切削刀或螺旋机的扭矩过负荷的。若使用克泥效进行填充，将能很好地提升施工性。253、盾构机姿势控制在软弱地层或由于盾构机的长度或重量不平衡而导致栽头向下，在此情形下，若是勉强扬起机头角度的话反而会导致地盘下沉更大。在通常情况下，盾构机会根据所选定的千斤顶来控制姿势并进行掘削。可是，有时因周边地盘松软或盾构机机器自重的关系，使得盾构机头部发生叩头的状况，遇到这种情况，即使操作千斤顶或使用铰接装置，控制也相当困难。此时，可用高黏性的克泥效从盾构机下方注入的同时用下半部千斤顶进行掘削，当盾构机约作半环长度的掘削时，姿势就能调整回来。264、盾构机出洞掘进时的止水出洞洞口CJG土体改良克泥效在到达前方的加固区前，盾构机在进入之前，一边向四周注入克泥效一边挖掘。①②③用克泥效填充因外周刀头挖掘而造成的盾构机外周空隙，从而提高止水性。盾构机的出洞是极其慎重的工程。克泥效作为润滑材料使盾构机可以在不松动周边地层的情况下推出。盾构机后方的注浆注入是很重要的工作项目。挖掘中需要同时注入。克泥效注浆275、盾构机空洞填充及防止喷涌水量过多时添加可以防止喷涌克泥效空洞过大时添加可以防止下陷克泥效土压平衡盾构的工事中，在沉泥、黏土成份含量极少的砂砾层中经常会发生喷涌现象。为了应对这样的情形，施工中添加高浓度、高黏性的加泥材是非常必要的。但普通的高黏度的加泥材料很难被搅拌，也很难被运送较长的距离，所以实际上很难得到有效利用。此时克泥效做为有助于长距离运送并只在径向孔注入前才混合的高黏度加泥材料，在任何情况下都能使用，从而克服喷涌状况。286、克泥效协助换刀的应用•1.隧道内措施•1)通过盾构机径向孔注入克泥效+水玻璃，对盾构机壳体周围进行保护，防止加固过程中浆液固结盾体；•2)向土仓内注入克泥效，在刀盘周围建立泥膜；•3)对盾尾后方的10环管片进行二次双液注浆，形成止水环箍，阻止隧道后方水流通道•2.地面措施•1)自地面在盾体周围设置2排微型桩，形成封闭的止水帷幕；•2)在帷幕内进行wSS后退式注浆，加固盾构周围土体；•3)在地面加固体外设降水井进行地下水降压。