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土压平衡盾构施工难在哪里

 王国义 2024-04-30 发布于河北

  土压平衡盾构施工有许多难题。为防止盾构掘进造成附近建(构)筑物沉降,许多人都知道要达到平衡,其中之一的平衡就是盾构开挖面的平衡。但随着对盾构知识的认知,才发现开挖面的平衡控制没有那么简单,土压平衡盾构施工控制还存在一些难题。笔者对这些难题也一直在探讨、研究,希望能够予以解决。

1、理论上盾构开挖面平衡压力零变形时所需较大,盾构掘进很难达到。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

        笔者发表的论文《盾构刀盘上方地层无变形的平衡压力理论计算》详细介绍了针对现今常用的周边圆弧刀盘开挖面平衡的理论压力值,如果要确保开挖面上方地层无变形,盾构开挖面拱顶平衡压力为地层土体的自重应力。对于有一定埋深的盾构是很难达到的。例如盾构埋深20m,土体密度20kN/m3,平衡压力需4bar。
        采用直角型刀盘,刀盘上方无开口可降低理论平衡的压力,此时开挖面的平衡压力就是地层土体的静止侧压力,不是自重应力了。
        2、土压平衡盾构土舱内可压缩空间小,平衡压力波动大,沉降精准控制难。
        泥水平衡盾构沉降控制优于土压平衡盾构就是泥水平衡盾构设计有气垫舱,开挖面处的平衡压力控制精准,泥水有可压缩空间。笔者为解决土压平衡盾构此难题,提出过几个设想。
      本实用新型专利是希望通过土压平衡盾构土舱设置气垫舱,通过气垫舱加气控制平衡压力,平螺旋输送机输送渣土,将渣土改良得更稀一些,实现达到泥水平衡盾构精准控制的性能。
       本实用新型专利是通过土舱中心加气的方法,解决土舱内渣土泡沫失效气体流失和渣土内水流失导致的土舱渣土体积变小,进而开挖面平衡失效的难题。
        笔者提出的渣土改良采用低浓度的聚合物水溶液,也可以防止土舱内渣土中的气体和水流失,可降低土舱渣土体积减少的几率。
        3、土压传感器显示的压力并不是开挖面真实的压力
        土压传感器上的压力是土舱壁上的渣土压力,由于刀盘的设计与改良渣土的状态不同,开挖面的压力与土舱壁上的测量土压力是不同的,通常情况下有压力降,开挖面的压力要高于测量出来的渣土压力,也可以认为开挖面的准确压力实际上是未知的。
        4、螺旋输送机输送出来的渣土状态并不是土舱内的渣土状态,导致盾构掘进喷涌或结泥饼。
         土压平衡盾构所开挖原状土一般情况下含水率较低,想要达到不喷涌、不结泥饼的理想渣土状态单独使用泡沫是无法达到的,还需要加入水、膨润土泥浆或聚合物水溶液等第二种渣土改良剂。刀盘前方一般都是注入泡沫,第二种改良剂以前都是在土舱内注入,因此螺旋输送机输送出来的渣土状态并不是土舱内的渣土状态。为防止喷涌与结泥饼,笔者提出了两个专利的设想。

        此实用新型专利是解决渣土改良全部在刀盘前方的问题,这样进入土舱内的渣土就是理想的渣土。 

        此实用新型专利是通过在中心支撑式刀盘改造旋转接头,在土舱中心增加强制搅拌装置,防止土舱中心结泥饼。
        现阶段为达到理想渣土状态,防止盾构掘进喷涌或结泥饼,笔者提出泡沫+低浓度聚合物水溶液的综合渣土改良方法,刀盘前方注入泡沫,刀盘前方中心、土舱中心加入低浓度聚合物水溶液,这样刀盘前方中心、土舱中心的渣土是比较稀的、不会结泥饼的,螺旋输送机输送出来的渣土为比较理想的渣土状态。 
        5、螺旋输送机+斜皮带+平皮带输送机的渣土输送方式造成稀渣在斜皮带处落渣。
        当渣土较稀时,螺旋输送机落渣处容易从斜皮带处掉落,严重影响盾构掘进进度,可通过提高皮带速度等方法解决,最优方案应该是不要有斜皮带。
        笔者提出了一个螺旋输送机闸门防喷涌的发明专利,已经发了授权通知书了。

        综上所述,土压平衡盾构施工存在许多难题,有时通过一些措施是无法完全解决的,需要通过设备、材料和工艺的综合创新才能解决。

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