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土壓平衡式盾構施工有哪些技術措施?

2014-09-12 11:12  建設工程教育網(wǎng)  【  【打印】【我要糾錯】

  土壓平衡盾構可根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取不同的技術措施,設計成不同的類型,能適應從松軟粘性土到砂礫土層范圍內(nèi)各種土層施工。

  1、普通型土壓平衡盾構

  普通型土壓平衡盾構見圖3-1-1,適用于松軟粘性土,由刀盤切削下的泥土進入泥土艙,再通過螺旋輸送機向后排出。由于泥土經(jīng)過刀盤切削和擾動后會增加塑流性,在受到刀盤切削和螺旋輸送機傳送后也會變得更為松軟,使泥土艙內(nèi)的土壓能均勻傳遞。通過調(diào)節(jié)螺旋機轉速或調(diào)節(jié)盾構推進速度,調(diào)節(jié)密封泥土艙內(nèi)的土壓并使其接近開挖面靜止土壓,保持開挖面土層的穩(wěn)定。

  普通型土壓平衡盾構一般采用面板式刀盤,進土槽口寬在200~500mm左右,刀盤開口率約為20%~40%,另外在螺旋輸送機排土口裝有排土閘門,有利于控制泥土艙內(nèi)土壓和控制排土量。

  2、加泥型土壓平衡盾構

  當泥土含砂量超過一定限度時,土砂激動性差,靠刀盤切削擾動難以使泥土達到足夠的塑流狀態(tài),有時會壓密固結,產(chǎn)生拱效應。當?shù)叵滤控S富時,通過螺旋輸送機的泥土,就不能起到止水作用,無法進行施工。此時應在普通型土壓平衡盾構的基礎上增加特殊泥漿壓注系統(tǒng),即形成加泥型土壓平衡盾構(圖3-1-2)。

  向刀盤面板、泥土艙和螺旋輸送機內(nèi)注入特殊粘土泥漿材料,再通過刀盤開挖攪拌作用,使之與開挖下來的泥土混合,使其轉變?yōu)榱鲃有院谩⒉煌杆阅嗤,符合土壓平衡盾構施工要求?/p>

  為了降低刀盤傳動功率和減小泥土移動阻力,加泥型土壓平衡盾構刀盤為有幅條的開放式結構,開口面積接近100%,并在刀盤背面伸出若干攪拌土砂的葉片,以便對土砂進行強力攪拌,使其變成具有塑流性和不透水性的泥土。

  另外,對要求注入濃度、粘性更高的泥漿材料才能改變土砂功能時,往往難以用刀盤攪拌達到目的,這將大大增加刀盤和螺旋輸送機的機械負荷,造成盾構施工困難。此時應注入發(fā)泡劑代替泥漿材料,因為發(fā)泡劑材料比重小、攪拌負荷輕,可使刀盤扭矩降低50%左右。盾構排出土砂中的泡沫會隨時間自然消失,有時在泥土中加入消泡劑,可加速泡沫的消失,保持良好的作業(yè)環(huán)境。

  3、加水型土壓平衡盾構

  在砂層、砂礫層透水性較大的土層中,還可以采用加水型土壓平衡盾構。這種盾構是在普通型土壓平衡盾構基礎上,在螺旋輸送機的排土口接上一個排土調(diào)整箱(圖3-1-3),在排土調(diào)整箱中注人壓力水,并使其與開挖面土層地下水壓保持平衡。經(jīng)過螺旋輸送機將棄土排入調(diào)整箱內(nèi)與壓力水混合后形成泥漿,再通過管道向地面排送。開挖面的土壓仍由密封泥土艙土壓進行平衡。

  盾構掘進時,刀盤不停地對土層進行開挖和攪拌,使密封泥土艙內(nèi)的土砂處于均勻狀態(tài);土砂顆粒之間的空隙被水填滿,減少了土砂顆粒之間有效應力而增加了流動性,從而能順暢地通過螺旋輸送機送入排土調(diào)整箱。在調(diào)整箱內(nèi)通過攪拌混合,向地面處理場排放。

  加水型土壓平衡盾構的泥水排放系統(tǒng)與泥水加壓盾構相似,但注入的主要是清水,無粘粒材料,無需對注入的水進行濃度、比重控制,泥水分離處理設備和工藝也大為簡化。這種盾構刀盤一般采用面板式結構,進土槽口尺寸可根據(jù)土體中礫石最大尺寸來決定,刀盤開口率一般在20%~60%左右。

  4、泥漿型土壓平衡盾構

  這種盾構適用于土質(zhì)松軟、透水性好、易于崩塌的積水砂礫層或覆土較淺、泥水易噴出地面和易產(chǎn)生地表變形的極差地層的施工。圖3-1-4是其施工工藝流程圖,它具有土壓平衡盾構和泥水加壓盾構的雙重特征。盾構掘進時,應向盾構內(nèi)注入高濃度泥漿,通過攪拌與土砂混合使其泥土化,并充滿泥土艙,支護開挖面。由于從螺旋輸送機排出的泥土呈塑化或流化狀態(tài),所以在螺旋輸送機的排土口裝上一個旋轉排土器既可保持泥土艙內(nèi)土壓的穩(wěn)定,又可不斷地從壓力區(qū)向無壓區(qū)順利排出。但從排土器排出的泥土呈泥漿狀,不能用干土排送方式向地面排送,同時泥漿濃度較高,無法通過管道排出,從螺旋輸送機徘出的泥土,是在泥漿槽中經(jīng)水稀釋后再以流體形式通過管道排往地面。

  從圖中可以看出,泥漿型土壓平衡盾構泥土艙的泥漿供入系統(tǒng)和排出系統(tǒng)是兩個回路,所以從泥漿排出系統(tǒng)操作所造成的壓力波動,對泥土艙內(nèi)支護壓力無大影響,使盾構操作控制更為簡便。

  該機通常采用面板結構,進土槽口寬度可按土層中最大礫石尺寸決定,刀盤開口率一般在40%~60%左右。由于泥漿型土壓平衡盾構多用于巨礫土層,因此排土多采用帶式螺旋機,可比同樣大小中心軸式螺旋輸送機排出的石塊粒徑大一倍左右。

責任編輯:lwg
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