【案例62】背景资料：某公司项目部承接一项直径为4.8 m的隧道工程,隧道起始里程为DK10+100,终点里程为DK10+868,环宽1.2 m,采用土压平衡盾构施工。投标时勘察报告显示,盾构隧道穿越地层除终点200 m范围为粉砂土以外,其余位置均为淤泥质黏土。隧道地层地下水丰富,地下水位位于-1 m。盾构试掘进时,当盾构驶出加固区域以后,为更好地掌握其运行参数,把盾构始发段100 m的范围作为试验段,为后期正式掘进施工提供参数和标准要求。项目部在施工过程中发生了以下事件：
事件一：在盾构始发掘进50 m处,通过注浆系统及盾尾的内置注浆管。注入水泥砂浆后,发现同步注浆效果不佳,引起地面和隧道的沉降。通过调查分析,发现该处土层渗透系数很高,水泥砂浆注浆材料与周围土质不相适应。注浆系统如图3.14所示。
图3.14 注浆系统示意图
事件二：盾构施工至隧道中间位置时,从一房屋侧下方穿过,由于项目部设定的盾构土仓压力过低,造成房屋最大沉降达到50 mm,项目部采用二次注浆进行控制。穿越后,很长时间内房屋沉降继续发展,最终房屋出现裂缝,维修费用为40万元。
事件三：随着盾构逐渐进入全断面粉砂地层,出现掘进速度明显下降现象,且刀盘扭矩和总推力逐渐增大,最终停止盾构推进。经分析为粉砂流塑性过差引起,项目部对粉砂采取改良措施后继续推进,造成工期延误5 d,费用增加25万元。区间隧道贯通后计算出平均推进速度为8环/d。
【问题】
1.事件一中,对注浆材料与周围土质不符的情况,如何治理?
2.事件二、三中,项目部可索赔的工期和费用各是多少?说明理由。
3.针对事件二的情况,施工单位应该提前采取哪些措施?
4.事件二中,二次注浆应采用什么浆液?为何盾构穿越很长时间后房屋依然发生沉降,应如何避免这种情况发生?
5.事件三中,采用何种材料可以改良粉砂的流塑性?
6.整个隧道掘进的完成时间是多少天?(写出计算过程)
【参考答案】
1.治理方法：
(1)应选用双液注浆材料,在水泥砂浆中添加水玻璃,加速凝结；
(2)不符合质量要求的原材料不得使用；
(3)应及时做配合比的设计和试验,最好确定实际应使用的配合比；
(4)注浆量、注浆压力基于施工经验确定；
(5)更换浆液运输设备,以适应浆液性能及压浆工艺。
2.事件二中,房屋维修费40万元不可以索赔。理由：因项目部自己设定的盾构土仓压力过低,引起房屋沉降、裂缝,造成费用的增加,是项目部自己应承担的责任,因此不可以索赔。
事件三中,工期延误5 d,费用增加25万元,不能索赔。理由：在勘察报告已经有盾构穿越地层有粉砂土,施工单位在进入粉砂地层前未能采取有效的改良措施,造成工期延误和费用增加应由其自己承担责任,因此不可以索赔。
3.针对事件二,施工单位应提前采取下列措施控制房屋沉降：隔断盾构掘进地层应力与变形(高压旋喷桩、钢管桩、柱桩、连续墙等)。
4.事件二中,二次注浆应采用化学浆液。依照题意,本隧道工程在中间位置的地层为淤泥质黏土,该土质的特点是盾构通过较长时间后依然会发生后续沉降,地表沉降进而造成房屋会继续沉降。避免这种情况发生的办法是在盾构掘进、纠偏、注浆过程中尽可能减小对地层的扰动和提前对地层进行注浆。
5.事件三中,可采用下列材料改良粉砂的流塑性：矿物系(如膨润土泥浆)、界面活性剂系(如泡沫)、高吸水性树脂系、水溶性高分子系4类,可单独使用或组合使用。
6.隧道长度为：(DK10+868)-(DK10+100)=768(m),平均每天掘进长度为：8×1.2=9.6(m),正常掘进完成时间：768/9.6=80(d)。
【案例63】背景资料：某项目部承接一项直径为4.8 m的隧道工程,起始里程为DK20+200,终点里程为DK20+968,环宽为1.2 m,采用土压平衡盾构施工。盾构隧道要穿越一间博物馆,穿越地层主要为淤泥质黏土和粉砂土,有少量地下水。盾构初始掘进前,根据相关因素确定了始发段长度为50 m。项目部拟订的盾构始发施工流程如下：安装始发基座→盾构组装调试→C→安装洞门密封→洞门凿除→D→始发掘进→盾尾通过洞门→压板加固→壁后注浆→初始掘进。
项目施工过程中发生了以下事件：
事件一：盾构始发时,发现洞门处地质情况与勘察报告不符,需改变加固形式。洞门出现小范围失稳,项目部采取措施对土体临空面进行封闭,如图3.15所示。
事件二：在DK20+346处,由于推进测量管理人员疏忽,当天仅在晚上测量了一次,发现盾构掘进偏离设计中心线的误差已经远大于设计要求,于是盾构操作人员立即实行了纠偏措施。
事件三：当盾构掘进到博物馆下方时,由于博物馆下方地层属于软弱松散地层,盾构外周与周围土体的黏滞阻力陡然增大,引起上方岩层变形,导致博物馆墙体开裂。项目部项目部采用二次注浆和地面注浆以及减阻措施进行控制后,方可继续掘进。
事件四：为了减少地层变形,项目部确定的地层监测要求及项目如下：
(1)在隧道中心线及其两侧范围内设置变形监测点。
(2)地面和隧道内监测点不在同一断面上布设；盾构通过后,监测数据应同步收集。
(3)必测项目有地表沉降、沿线建筑物变形和地下管线变形。
图3.15 土体临空面封闭示意图
【问题】
1.决定盾构初始掘进长度因素有哪些?
2.指出盾构始发施工流程中C、D的名称。
3.事件一中,洞口常用的加固方法有哪些?
4.指出事件一中项目部针对小范围洞门失稳应采取的措施。如果土体坍塌严重,如何处理?
5.事件二中,盾构操作人员应如何纠偏?
6.盾构施工在接近博物馆之前,项目部应如何管理?
7.改正事件四中地层监测要求的错误之处,并补充施工必测项目。
【参考答案】
1.决定盾构初始掘进长度因素：衬砌与周围地层的摩擦阻力、后续台车长度。
2.C为安装反力架；D为拼装负环管片。
3.常用的加固方法：化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、冷冻法。
4.小范围洞门失稳处理措施：边破除洞门混凝土,边喷素混凝土。土体坍塌严重时,应封闭洞门重新加固。
5.(1)出现偏差时,应本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作；
(2)纠偏时应控制单次纠偏量,应逐环和小量纠偏,不得过量纠偏；
(3)根据盾构的横向和竖向偏差及滚转角,调整盾构姿态可采取液压缸分组控制或使用仿形刀适量超挖或反转刀盘等措施。
6.新建隧道穿越建(构)筑物的施工管理属于近接施工管理。近接施工管理包括：在详细调查的基础上进行分析与预测、制订防护措施；制订施工方案；通过监控量测反馈指导施工,从而确保既有结构物安全。
7.地面和隧道内监测点应在同一断面上布设。监测项目还有隧道结构变形。
【案例64】背景资料：某隧道长度为3 km,设计采用盾构法施工,隧道净高6.2 m,跨径7.8 m,覆土深度为16 m,采用土压平衡盾构施工。该段隧道衬砌结构为预制钢筋混凝土管片,内径8.0 m,管片环宽1.2 m。整个圆环由8块管片组成,每块管片间的连接环向和纵向均用M36螺栓紧固。
开工前,施工单位编制盾构施工专项方案,并组织专家论证,项目部按照专家意见修改了施工方案,并根据方案开始施工。盾构工作井布置如图3.16所示。(www.xing528.com)
图3.16 盾构工作井布置平面图
施工过程中发生如下事件：
事件一：项目部进场后,调查了始发工作井周围管线、建筑情况,结合当地交通情况,编制了施工现场布置方案,并按照方案对工作井现场进行了布置,工作井现场平面布置图如图3.17所示。
图3.17 工作井现场平面布置图
事件二：盾构始发井采用钻孔灌注桩围护结构,旋挖钻机施工。围护结构施工完成后,基坑开挖过程中,项目部监控测量发现基坑出现较大变形。
事件三：在盾构推进过程中,土压计显示开挖面土压过大,项目部立即采取措施,并加强了在盾构施工过程中的监控测量。
【问题】
1.本工程段需要管片多少片?说明管片拼装和紧固的顺序。
2.根据图3.17确定工作井A和工作井B分别对应的是始发井还是接收井,并说明理由。
3.事件一中,结合图3.17,工作井施工现场布置有哪些不妥之处?请指出并改正。
4.写出灌注桩围护结构的特点。
5.事件二中,项目部应采取哪些方式来控制基坑变形?
6.写出盾构施工过程中的必测项目,并简述在盾构推进过程中的监控测量要点。
7.事件三盾构推进过程中,维持土仓压力有哪些办法?
【参考答案】
1.圆环数量为：3 000÷1.2=2 500(环)；管片数量为：2 500×8=20 000(片)。管片拼装的顺序是先安装下部A形管片,再安装两侧B管片,最后安装上部的楔形(K)管片；管片紧固的顺序是先环向再纵向。
2.工作井A为接收井,工作井B为始发井。理由：始发井作为盾构主要工作井,需要承担出土、机械进出等任务,需要一定的作业面积,对周边环境影响较大；接收井后期作为接收盾构装置的回收井,工作时间短,占用面积小。
3.布置不妥之处：围挡未封闭；只有一处出入口；场区道路未闭合且转弯处未设置转弯半径。正确做法：围挡应进行封闭；应有不少于2个出入口；场区道路应闭合且在转弯处应设置符合要求的转弯半径。
4.灌注桩围护的特点：刚度大,可用在深大基坑；施工对周边地层、环境影响小；需降水或和止水措施配合使用,如搅拌桩、旋喷桩等。
5.控制基坑变形的方法：增加围护结构和支撑的刚度；增加围护结构的入土深度；加固基坑内被动区土体；减小每次开挖围护结构处土体的尺寸和开挖后未及时支撑的暴露时间；通过调整围护结构深度和降水井布置来控制降水对环境变形的影响。
6.盾构施工中必测项目：施工区域地表隆沉、沿线建(构)筑物和地下管线变形、隧道结构变形。监控测量要点：在盾构推进中,应在隧道中心线上及其两侧范围内设定变形监测点,根据变形监测结果适时调整管理基准值。
7.维持土仓压力有如下方法：用螺旋排土器的转数控制；用盾构千斤顶的推进速度控制；两者的组合控制等。通常,盾构设备采用组合控制的方式。
【案例65】背景资料：某项目部承接一项直径为4.8 m的隧道工程,起始里程为DK30+300,终点里程为DK30+950,环宽为1.5 m,采用泥水加压平衡盾构施工,其施工原理如图3.18所示。
穿越地层主要为砂砾层、卵石层、软弱的淤泥质土层、松动的砂土层,覆土厚度为6 m,地下水位位于-2.0 m,基坑影响范围内主要为潜水。区间隧道贯通后计算出平均推进速度为10环/d。盾构机的组装、调试、解体与吊装是盾构施工安全控制的重点,项目部制订了专项施工方案,以确保人员安全与设备安全。
图3.18 泥水加压平衡盾构施工原理示意图
盾构掘进过程中发生如下事件：
事件一：盾构始发时,发现洞门处地质情况与勘察报告不符,需改变加固形式。施工方修正了洞门加固方案,确定加固长度为盾构本体长度,并将方案上报至监理工程师。监理工程师认为方案不符合要求,责令施工方修正。加固施工造成计划工期延误10 d,增加费用30万元。
事件二：盾构掘进到DK30+750处,地面开始冒浆,项目部立即采取措施解决。
事件三：对于泥水盾构掘进,其泥浆质量是控制盾构掘进质量的重要基础。对于盾构掘进循环回来的浆液,其性能不能满足循环使用要求,及时对泥浆进行调整。其中泥水分离设备是对泥浆性能有最直接影响的设备,如图3.19所示。
图3.19 泥水分离设备示意图
【问题】
1.根据背景资料,判断该盾构覆土厚度是否符合要求?说明理由。
2.项目部如何确保盾构机在组装、调试、解体与吊装中的人员与设备安全?
3.列举常用的洞口土体加固方式,本工程应选择哪种方式?
4.监理工程师责令施工方修正施工方案是否正确?说明理由。
5.事件一中,项目部可索赔的工期和费用为多少?二次注浆应采用什么浆液?
6.地面冒浆如何治理?
7.事件三中,如何调整循环回来的浆液?
【参考答案】
1.符合要求。覆土深度不宜小于1倍洞径,本工程盾构直径为4.8 m,覆土为6 m,符合覆土深度要求。
2.(1)确认起重机支腿处支撑点的承载能力满足最大起重量要求,并确认起重机吊装时工作井的围护结构安全。
(2)吊装过程中,监测工作井围护结构的变形情况。若超过预测值,立即停止吊装作业,采取可靠措施。
(3)采取措施严防重物、操作人员坠落。
(4)使用电、气焊作业时,严防火灾发生。
3.常用的洞口土体加固方式有化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法等。本工程穿越地层主要为淤泥质黏土和粉砂土,洞门处主要为潜水层,因此应选择深层搅拌法,并在加固体与工作井井壁间无法加固的间隙处,采用旋喷法进行补充加固。
4.监理工程师责令修正施工方案正确。理由：加固长度根据土质而定,富水地层洞口土体加固长度为盾构本体长度+2 m及以上。
5.事件一中,项目部可以索赔工期10 d,费用30万元。因为勘察报告由发包方提供,发包方应对其准确性负责。
二次注浆可以采用化学浆液。
6.(1)如轻微冒浆,可在不降低开挖面泥水压力的情况下继续推进,同时适当加快推进速度,提高管片拼装效率,使盾构尽早穿越冒浆区。
(2)如冒浆严重,应停止推进,并采取如下措施：提高泥水密度和黏度；掘进一段距离以后,进行充分的壁后注浆；地面可采用覆盖黏土的措施。
7.(1)比重的调整：丢弃部分浆液,补充新浆；
(2)黏度调整：添加一些辅助材料的方式实现；
(3)颗粒调整：采用更精细的分离设备对浆液中的微细颗粒进行处理。
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