公路工程中天然砂砾的应用论文

公路工程中天然砂砾的应用论文（精选6篇）

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇1

天然砂砾填筑路基在高速公路中的应用

主要介绍西安成阳国际机场高速公路天然砂砾路基试验段填筑施工方法及施工注意事项,确定天然砂砾路基合理的填筑工艺及有关技术参数,包括松铺系数、最佳含水量、砾石含量、最大干密度、最佳压实遍数等.

作 者：拜晓梅  作者单位：中铁24局集团安徽工程有限公司 刊 名：中国科技博览 英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(7) 分类号：U4 关键词：天然砂砾   路基填筑   施工工艺  

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇2

1 原材料的质量控制和检验

1.1 材料要求

水泥:在路面施工中可使用道路水泥、硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥。天然砂砾:河道相对干净的天然砂砾。

水:宜采用饮用水。使用非饮用水时, 其水中的硫酸盐含量不得超过2700mg/L, PH值不得小于4。

1.2 主材料级配及含泥量试验。

1.2.1 筛分试验 (用干筛法)

在实验中需注意使小于筛孔的集料通过筛孔, 直至1min内通过筛孔的质量小于筛上残余量的1%为止;当筛余颗粒的粒径大于20mm时, 筛分过程中允许用手指轻轻拨动颗粒, 但不得逐颗塞过筛孔。通过筛分试验含水量一般不应大于4%, 19MM以上砂砾不超过30%。

1.2.2 含泥量试验

试验前筛子的两面应先用水湿润, 在整个试验过程中, 应注意避免大于0.075mm的颗粒丢失。要用水冲洗余留在筛上的细粒, 而后将两只筛上余留的颗粒和容器中已经洗净的试样一并装入浅盘, 置于烘箱中烘干至恒重。通过试验砾料含泥量应控制在4.5%以下。

1.3 配合比确定与调整

先由近年来农村公路建设中经验配合比, 并按下述步骤和《公路工程水泥混凝土试验规程》JTJ053规定方法进行试验检验与调整。

1) 首先根据筛分得出的结果进行增加所缺级配料, 并且检验天然砂砾的视密度, 确定浇筑每方砼所需的天然砂砾的质量。

2) 检验各种混凝土拌和物是否满足摊铺方式的最佳工作性要求, 检验项目包括坍落度和维勃稠度试验。在工作性不满足摊铺方式要求时, 可在保持水灰 (胶) 比不变的前提下调整单位用水量或砂率, 不能减小满足计算弯拉强度及耐久性要求的单位水泥用量。

3) 在施工过程中, 根据料场砂石料含水量, 拌和物实测视密度、坍落度及其损失, 调整单位用水量, 砂率, 考虑施工中原材料含泥量、泥块含量、含水量变化和施工变异性等因素, 单位水泥用量应适当增加5~10kg, 满足试拌试铺的工作性, 28d (至少7d) 配制弯拉强度, 抗压强度等要求的配合比, 确定为施工配合比。

4) 施工期间配合比的微调与控制符合以下要求:根据施工季节、气温和运距等的变化, 可微调含水量, 保持摊铺现场的坍落度始终适宜与铺筑且波动最小, 降雨后, 应根据每天不同时间的气温及砂石料实际含水量变化, 微调含水量, 同时微调砂石料称量, 其他配合比参数不得变更, 维护施工配合比基本不变。

2 天然砂砾混凝土路面施工

1) 施工准备:准备一台小型拌合机、小型翻斗车、震动棒、震动梁、坍落筒、维勃仪、各种现场数据记录表格等一些必需的施工机械及检测设备。在施工前必须安排1名技术人员进行防线, 保证工程线形平顺, 控制模板安装牢固, 保证路面宽度和砼厚度符合设计要求, 并且应根据沿线情况确定合适的料场, 将所需各种材料进行估算, 订出分期要料计划。在取料时, 天然砂砾必须过筛和冲洗。

2) 组织施工:要按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》严格实施, 即:混凝土路面拌合物搅拌与运输、混凝土面层铺筑、插入式振捣棒振实、振动板振实、振动梁振实、整平饰面、抗滑与养生、试验检测步骤进行。路面施工及养生阶段, 采用试件法与取芯法配合检测。

3 材料技术指标及施工工艺比较

3.1 突破施工规范要求

《公路水泥混凝土路面施工技术规范》 (JTGF30-2003) 中明确规定不得使用不分级的粗细集料天然砂砾。但根据室内试验结果, 考虑在卵石与砂子天然砂砾丰富地区便于就地取材, 材料来源广泛, 天然砂砾在级配符合要求的情况下, 其工作性、弯拉强度、变形能力三项技术要求亦可达到, 因而可在中、轻交通量的三级和四级公路上采用。

3.2 与普通水泥混凝土相比较, 其在低等级公路上应用具有以下优点

3.2.1 集料的最大粒径适度放宽

《公路水泥混凝土路面施工技术规范》 (JTGF30-2003) 中规定:卵石混凝土最大粒径为19mm, 在较低等级公路上, 骨料最大粒径可以适当放大, 但不易过大。我们以最大粒径37.5mm进行控制。

3.2.2 级配范围增大

天然砂砾只需通过4cm筛, 剔除大于4cm以上就可直接使用, 通过施工现场级配的调整, 只要满足上述要求, 就可直接投料拌和。

3.2.3 简化了施工工艺

相较于普通混凝土工艺, 天然砂砾混凝土简化了施工工艺, 提高了施工效率。由于最大粒径和级配范围的放宽, 原材料加工生产工序得以简化, 而且, 混凝土拌和站减少了投料人员和机械, 简化施工过程。

4 经济效益分析

天然砂砾混凝土与普通混凝土对比以试验段为例, 天然砂砾出场价为8~10元, 运距5km, 材料到场价为22~24元/m3, 干容重约为1800kg/m3, 而碎石出场价为26~28元左右, 运距约20km, 材料到场价为45~50元/m3, 干容重约为1500kg/m3, 砂出场价22~24元, 运距20km, 材料到场价为38~40元/m3, 砂的干容重约为1600kg/m3, 由于天然砂砾相对分级配碎石和砂来说, 其堆方质量较大, 其材料用量相应减小, 通过工程经验总结, 按2009年豫西地区价格, 每1000m2天然砂砾混凝土比碎 (砾) 石混凝土可节约资金6288元。路面宽度按4.5米计, 每公里可节约资金28296元。

5 结语

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇3

天然多糖在酶固定化载体材料中的应用

简述了5种常用的酶固定化方法及近年来国内外酶固定化载体的`研究新进展,介绍了几种天然聚多糖如纤维素及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、甲壳素等在酶固定化载体材料中的应用,及其固定化过程,并对酶固定化用材料的发展前景予以展望.

作 者：陈巍 罗志刚 CHEN Wei LUO Zhi-gang 作者单位：华南理工大学轻工与食品学院,广东,广州,510640刊 名：中国酿造 ISTIC PKU英文刊名：CHINA BREWING年，卷(期)：“”(4)分类号：Q814.2关键词：天然聚多糖 酶固定化 载体 应用

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇4

高压摆喷灌浆技术是利用高压射流作用切割掺搅地层, 改变地层的结构和组成, 同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体, 借以达到加固地基和防渗的目的。具有设备简单、操作方便、质量可靠、速度快、成本低以及应用广泛等优点。主要适用于砂类土、粘土、人工填土、淤泥等软基加固。本文以新立城水库除险加固工程施工为例, 对高压摆喷灌浆在砂砾层中的使用进行分析及研究, 阐述了该工艺的设计、施工及效果分析, 证实了设计方案和施工方法的可行性。

1 工程概况

新立城水库位于伊通河中上游, 距长春市区16Km, 为伊通河流域控制性水利枢纽工程, 水库库容5.506×108m3, 控制流域面积1970Km2;工程是以长春市防洪, 供水为主, 结合天然渔业和旅游的大型水利枢纽工程;工程等别为Ⅱ等, 主要建筑物有土坝、溢洪道和输水洞, 建筑物级别为2级。新立城水库坝体为粘土均质土坝, 坝顶高程224.00m左右, 宽8.0m, 长2626m, 最大坝高18.15m。根据新立城水库除险加固工程设计报告勘察结论, 坝基存在渗透稳定和地基液化问题, 因此本次除险加固的重要内容之一是为解决坝基渗透稳定问题和地基液化问题对坝基进行高压喷射灌浆处理。

2 设计概况

2.1 新立城水库除险加固工程 (一标段) 设计大体上分为两个阶段

第一阶段:2004年11月, 设计单位编制了《吉林省新立城水库大坝安全评价报告》, 2007年11月, 水利部大坝安全管理中心以坝函[2007]2703号《关于新立城等十四座水库三类坝安全鉴定成果的核查意见》文件中将大坝安全类别综合评定Ⅲ类, 建议进行除险加固处理, 吉林省水利水电勘测设计研究院于2008年完成了《新立城水库进行除险加固工程设计报告》, 2009年2月水利部松辽水利委员会以 (松辽规计[2008]243号) 文件《关于吉林省新立城水库除险加固工程初步设计报告复核意见的函》对设计报告进行了批复。

第二阶段:2009年9月根据施工单位高压摆喷灌浆试验结果, 由设计单位提出, 经建设单位同意并报上级主管机关批准, 长春市水利局对《新立城水库进行除险加固工程设计变更申请报告》进行了批复, 同意了变更申请, 原设计及变更申请报告的主要内容有:

2.2 设计参数

高压摆喷灌浆钻孔为一排, 孔距1.3m, 分二序灌浆, 采用折线形布置, 摆角30度, 喷射轴线与防渗墙轴线夹角为25度。一序孔施工与二序孔施工的间隔时间不小于48小时, 灌浆全孔连续作业, 中途拆卸喷射管时, 搭接段进行复喷, 复喷长度不小于0.2m。

2.3 灌浆材料

灌浆所需的水泥、外加剂等材料均符合有关的材料质量标准, 并附有生产厂家的质量合格证明, 每批材料使用前均按规定进行了检查验收。

2.4 灌浆方法

高压灌浆采用三管法施工, 施工时水浆气同轴喷射。

2.5 封孔

封孔用直径1.5~2.5厘米的粘土泥球, 粘土泥球所用的粘土, 为坝体填筑所用粘土, 粘粒含量大于30%, 塑性指数大于17.0 (干容重不小于1.4g/cm3) 。对用泥浆固壁的钻孔, 采用自下而上分层填筑粘土球分层捣实逐步抬高封孔层面直至设计高程, 其具体方法见吉林省水利水电测设计研究院2009年6月《吉林省新立城水库除险加固工程坝基高压喷射灌浆施工技术要求》。

3 主要项目施工

新立城水库除险加固工程 (一标段) 按施工时间顺序分为高压摆喷灌浆试验和主体工程灌浆施工, 按工序可分为钻孔、高喷灌浆和封孔, 具体施工情况如下:

3.1 高压摆喷灌浆试验

具体施工情况参见吉林省新立城水库除险加固工程 (一标段) 高压摆喷灌浆试验报告。

3.2 主体工程高喷灌浆施工

3.2.1 钻孔

钻孔直径在Φ110mm~Φ130mm。施工时为了保护坝体的安全与稳定坝体部分采用无水干钻, 对坝基部分粘性土、淤泥质粘土、砾质粗砂和细砾可使用泥浆钻进。

钻孔过程中全孔采取岩心, 导孔岩心移交建设单位保留, 其它孔岩心保留至高喷灌浆完成并照相后弃掉。钻孔入岩深度为1.0m, 经监理批准建设单位同意岩石中钻进遇有花岗岩较硬岩体时可以提前终孔。终孔后进行钻孔测斜, 全部钻孔进行三次孔深、方位角、顶角测量;出现钻孔坍塌时进行扫孔和清孔, 保证高喷喷射装置顺利下入孔底。

3.2.2 高喷灌浆

高喷管下入孔底后应保证水、气、浆口通畅, 不堵塞。 (1) 施工初期由于钻孔完成后不能及时灌浆导致的钻孔坍塌不允许带水、带浆振动强行下管, 非上述原因导致的钻孔短时间坍塌经监理和建设单位同意可以降低水压、低流量振动下管。 (2) 严格按照设计参数进行高喷灌浆, 因事故、拆卸高喷管导致灌浆中断, 恢复灌浆时保证搭接长度在设计值允许值以内。 (3) 高喷灌浆过程中钻孔串浆时及时进行扫孔, 扫孔后进行复喷。 (4) 经常测试水泥浆液密度和回浆密度, 保证浆液密度在1.5g/cm3~1.7g/cm3, 回浆密度≥1.2g/cm3。灌浆完毕后及时进行回灌至208.0m高程。 (5) 桩号1+600.0m~1+800.0m区域因地质条件复杂深厚砾质粗砂 (2-3) 层、细砾 (2-4) 层 (最深厚度达到14.0m) 高喷灌浆采用以下工艺措施:

下高喷管遇到钻孔坍塌时, 即在钻孔坍塌位置开始自下而上高喷灌浆至208.0m高程;第二次扫孔至终孔深度如果再次遇到钻孔坍塌时即在坍塌位置开始高喷灌浆至第一次坍塌之上0.5m;重复以上过程直至整个钻孔处理完毕。遇到上述情况时在高压水中加入一定比例的水玻璃加速水泥浆液的凝固, 加入水玻璃的数量通过现场试验确定。

4 达到效果

高喷灌浆施工中使用的原材料 (水泥) 和速凝剂 (水玻璃) 经出厂、抽样检验合格;原始记录真实、准确、完整, 工序质量、单孔灌浆质量优良;围井检查结果表明单元工程质量优良;根据坝后减压井渗流量观测和高喷墙无损检测结果, 坝基高喷板墙渗透性较小, 搭接及连续性较好, 满足设计、合同文件及相关规程规范要求。

5 经验与建议

通观新立城水库除险加固工程 (一标段) 高压摆喷灌浆试验、主体工程施工全过程, 我们得出如下经验:

5.1准确把握地质条件是做好高喷灌浆设计和施工的前提和基础, 要尊重客观事实, 理论结合实际高喷灌浆质量才能够得到保证, 才会收到较好的防渗效果。

5.2 水库高水头运行在一定程度上增加了高喷灌浆施工难度。

5.3 采用化学高喷灌浆是我们今后进行生产试验研究的重点和努力的方向。

5.4 坝后减压井的渗流量与大气降雨量、汇水面积、减压井滤水管的埋藏深度、坝基含水层的渗透性等多种参数有关。

6 结语

高压摆喷灌浆施工在建设单位的领导和大力支持下, 在监理单位的监督指导下通过灌浆试验获取最优高喷灌浆参数, 施工中严格按照经设计单位调整后的高喷灌浆参数进行施工, 对各工序、各高喷灌浆孔、单元工程以及整个分部工程质量进行控制, 保证了整个高喷灌浆工程质量, 施工后所形成的高喷板墙防渗性能、整体性能和连续性能均满足设计要求和相关规程规范要求。

参考文献

[1]池毓笑.高压旋喷防渗墙施工工艺探究[J].内蒙古水利, 2012 (03) .

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇5

南疆天然气利民工程管道由4条干线21条支线组成, 总长度约2424公里, 它与之前已有的“气化南疆”天然气主干管道形成环绕塔里木盆地的输气管网。管道可惠及喀什地区、和田地区、巴音郭楞蒙古自治州、克孜勒苏柯尔克孜自治州等地, 使南疆25个县市和21个农牧团场600多万名各族群众全部用上天然气。工程建成后, 每年输送天然气2.3×109m3, 当地群众将彻底告别烧柴做饭的时代, 该工程对改善南疆人民生活环境, 促进我国民族团结具有重大意义。

在该项目中存在许多公路、铁路、干渠等短距离穿越施工, 在无法进行开挖施工的特殊地段, 夯管法以其工艺先进、施工程序简便、施工周期短、质量好、造价省等优点在工程中得到普遍的应用。

2 施工原理

夯管法施工是采用夯管锤进行施工的方法, 是非开挖施工技术的一种。夯管锤是一种能夯进空心钢套管的设备, 其基本原理是以压缩空气或液压油为动力, 将待铺设的钢套管沿设计路线直接夯入地层, 随着钢管的推进, 被切割的泥土进入钢管内, 等钢管抵达目标位置后, 将管中的土芯排除从而实现铺管。钢套管在夯进过程中边夯进边焊接, 进入钢套管内的土可采用压缩空气、高压水射流、螺施钻杆、人工掏土等方法进行清理, 钢套管施工完毕后, 将天然气管道穿过钢套管即可。

3 施工特点

夯管法与水平定向钻进、水平螺旋钻进、顶管施工等非开挖辅管技术相比具有以下特点:

(1) 适应多种土层、回填层、流砂层和含砾石地层铺管。铺设较短距离、较大口径的管道时铺管效率高。在铺设较长距离管道时, 其铺管精度没有定向钻进的铺管精度高, 但精度高于由于水平螺旋钻进法及顶管施工法。

(2) 由于切削下来的土芯进入钢管内, 因此即使铺管深度很浅时, 地面也不会产生隆起或沉降现象。

(3) 铺管管道材料必须是钢管, 需铺设其它材料的管道时, 可先铺设钢套管, 再将需铺管道从钢套管中导入。

(4) 夯管锤铺管配有专门设计的气压注浆系统, 摩擦阻力大的地层, 可在夯管过程中均匀连续地向钢管外壁注入减摩泥浆。

4 受力计算

钢管在夯管锤冲击力的作用下进入土体, 其受力情况如下图1所示。

F1为管壁与土层接触面之间的摩擦力, 与垂直于接触面上的作用力的大小成正比, 并与土的性质有关。经验公式如下:

式中:

γ——土的重度 (k N/m3) ;

f——钢管与土层的摩擦系数;

D——钢管外径 (m) ;

H——管顶覆土厚 (m) ;

K1——主动土压力系数;

w——单位长度钢管重力 (k N/m) ;

G——单位长度钢管内土芯的重力 (KN/m) ;

L——顶进长度 (m) 。

管端阻力F2按管鞋对土层的作用形式可分为切削阻力P´和“土塞效应”阻力P´´,

式中:R=γH´kp+2ckp;kp——被动土压力系数;γ——土的重度 (k N/m3) ;

D´——管鞋的平均直径 (m) ;

T——管鞋的厚度 (m) ;

H´——管中心深度 (m) ;

c——土的粘聚力 (k Pa) 。

式中λp为“土塞效应”系数;qp k为极限端阻力标准值 (k Pa) ;Ap为钢管内土柱的截面积 (m2) 。

根据不同套管管径及土层性质计算, 选取冲击力P>F1+F2的夯管锤就能顺利夯进。

5 钢套管规格选取

南疆天然气利民工程是一个多管径天然气长输管网项目, 共有6种管径组成。由于夯管过程中钢套管要承受较大的冲击力, 因此使用无缝钢管作为套管本工程选取套管直径及壁厚见下表1所示。

6 工程完成情况

南疆天然气利民工程干线路由主要沿塔里木盆地敷设, 四周地貌为山前冲积平原, 地质多为卵砾石。对该地域部分公路、干渠进行顶管施工穿越, 施工过程中顶进速度极慢, 每天顶进速度在2~5m, 且大粒径卵石经常堵塞钻进通道, 形成卡管现象, 需要人工或机械进入套管取出卵石才能继续顶进;为防止土体塌陷, 还需要在套管上方注入泥浆, 既费时又费力。为解决上述问题, 本工程对12条沥青路, 8条干渠进行了夯管穿越, 夯管锤采用德国TT公司的HERKULES216型锤, 钢套管采用φ610mm或φ813mm, 其中最短夯管距离16m, 最长夯管距离48m, 在施工场地、操作坑开挖和设备就位连接等工作准备就绪后, 最长夯管套管施工完成用时不到一天, 极大地提高了工作效率。穿越套管的轴线偏差不超过夯进长度的1%, 埋深符合设计要求, 地面不变形, 不影响交通及干渠通水, 高质量完成了穿越施工。

7 结语

夯管法施工具有夯进精度高、对地层适应性强的优点, 除有大量岩体和较大石块的地层, 几乎可在任何地层中使用, 因此, 在南疆的卵砾石地质区域, 夯管法成为了代替顶管法施工的主要施工方式。另外, 夯管法施工以其施工质量好、施工占地少、施工效率高、施工周期短的优点在工程中得到了越来越多的认可。

摘要：南疆天然气利民工程项目中存在许多公路、铁路、干渠等短距离穿越施工, 在无法进行开挖施工的特殊地段, 夯管法以其工艺先进、施工程序简便、施工周期短、质量好、造价省等优点在工程中得到普遍的应用。

关键词：夯管法,穿越,受力,钢套管

参考文献

[1]马保松.《非开挖工程学》.人民交通出版社

公路工程中天然砂砾的应用论文 篇6

西安市地铁1号线沿线地质条件复杂,尤其是YDK27+050～YDK27+600段属于浐河一级阶地,地表分布有厚薄不均的全新统地层杂填土、黄土状土以及砾砂、圆砾,中部为上更新地层新黄土、古土壤,底部为中更新地层老黄土、中、粗砂、砾砂、圆砾等,水位埋深16.00～26.00 m。盾构在该段主要穿越<2-7>砾砂、<2-8>圆砾地层,主要由石英岩及灰岩碎块组成,亚圆形,磨圆度好,一般粒径2～20 mm,最大料径220 mm,中粗砂充填35%,含少量粘性土及粉土,湿度饱和,中密。水位上升时,处理不当易涌水、涌砂,影响盾构正常掘进,严重时会引起地面塌陷、管线破裂等。

施工经验总结与分析

西安地铁2号线铁路北客站一北苑站盾构区间隧道洞身范围内地层主要以全断面中、粗砂或约5 m中砂+1 m砾砂的复合地层为主,埋深15.3～17.0 m,特别是DK0+840～DK1+560段,标贯击数32～157,采用日本小松TM614PMX型土压平衡盾构机施工,其刀盘变频电驱动,驱动功率440 kW,工作扭矩5 147 kN·m,转速范围0～1.56 r/min,面板式刀盘,开口率43%,刀盘直径6 160 mm。施工过程中推力和扭矩大,刀盘磨损严重,土压较难建立,易出现地面沉降过大的现象,甚至造成地面坍塌等。

根据施工过程经验分析,当砂层中砾石含量小于15%时,盾构机刀盘扭矩为额定扭矩的70%,掘进基本正常;当砂层中砾石含量达到30%左右,砾石直径由10～20 mm增大到20 mm以上时,刀盘扭矩明显增加,达到88%以上,甚至出现超扭矩现象。在这种情况下,一方面要停止掘进,通过只转动刀盘使扭矩降至75%左右,然后再向前推进,施工效率降低;另一方面采取增加膨润土的注入量,但注入量过大又会造成螺旋输送机出土过稀,易形成喷涌;通过提高螺旋机转速并减少螺旋机闸门开度而保持土仓压力达到降低扭矩的目的,这又易造成出土量严重超标,这些都为1号线全断面砂砾石地层施工的盾构机选型和施工方案提供了可供借鉴的经验。

盾构机选型

盾构机选型是盾构法施工的关键环节,决定着工程施工的成败。在全断面砂砾石地层中采用盾构法施工,从建立土仓压力的难易、地面沉降和地面建(构)筑物沉降控制、确保施工安全等方面来讲,理论上采用泥水式盾构机较为适宜,但泥水式盾构机占用场地较大,并需要专用泥水处理设备和专用弃泥场地,一次性投资较大。

根据西安地铁2号线铁路北客站一北苑站盾构区间的施工经验和教训,结合1号线康复路一长乐坡区间该地层所占比例,通过研讨,选用了罗宾斯DIA6150型土压平衡盾构机,但对于刀盘、刀具、螺旋机和外置式注浆管都进行了加强和改进。

刀盘结构

DIA6150型土压平衡盾构机刀盘采用三轴滚柱轴承中间支撑方式,刀盘变频电驱动,刀盘总功率750 kW,工作扭矩为5 128 kN·m,刀盘的转速范围为0～2.0 r/min,具有功率大、抗冲击力强的特点;刀盘为辐条式结构,开口率为65%,刀盘直径6 180 mm,刀盘厚度425 mm。刀盘的辐条和刀盘与前体间均焊接有格栅状的耐磨板,主轴承的设计寿命大于1万h,刀盘的周边焊有耐磨条。

刀具布置

刀盘配有37把贝壳刀、62把刮刀、12把边缘保护刀、4把先行刀、1把仿形刀、1把鱼尾刀和1把磨损检测刀。贝壳刀高150 mm,宽300 mm,刮刀高100 mm,贝壳刀和刮刀采用重型高耐磨碳钨合金刀,并对刀具和刀座进行了加厚和加宽,可以满足洞口加固体和砾石地层的掘进要求,刀盘、刀具布置能充分保证刀盘在砂砾石地层掘进时的耐磨要求,刀盘结构与刀具布置见图1。

螺旋输送机

螺旋叶片和外护筒的内表面也进行了耐磨处理,焊有耐磨层,特别是前三片螺旋叶片端部都采用进口HARDOS400可拆换式耐磨块,叶片母体耐磨层进行了加厚处理。另外螺旋输送机的直径为900 mm,能满足本标段内最大直径22 cm砾石的输出,螺旋机功率及扭矩大,能满足在砂砾地层中掘进。

外加剂添加系统

根据西安地铁2号线铁路北客站一北苑站盾构区间的施工经验,在全断面砂砾石地层中掘进时,渣土改良为重中之重。根据西安地质情况及砂层特点,总结出了“膨润土+黄土+工业碱+水”进行渣土改良的配方,因此盾构机在刀盘面板上共设置了6个膨润土、泡沫注入口,用来加注膨润土等进行渣土改良。

同步注浆系统

盾构机配备有单液同步注浆系统,同步注浆系统设有4个使用孔、4个备用孔和1个7 m3左右的砂浆罐,砂浆罐内的搅拌叶片可以对浆液进行搅拌及给注浆泵喂料。将外置式管路高度由原设计的80 mm改为55 mm,以便于减少外置式注浆管与地层间的摩擦。

通过1号线长乐坡一万寿路区间的施工检验,以上盾构机配置基本能够满足中粗砂、圆砾土地层掘进时的耐磨和掘进要求。

主要施工技术

合理的盾构机选型是工程顺利施工的前提,渣土改良和掘进参数的确定等技术措施是保证工程顺利推进的决定性因素。

渣土改良

通过泥浆车或专用管道将膨润土浆液从地面输送至盾构机土仓和刀盘前方,确保土仓压力的有效建立,以保持在土压平衡模式下掘进,即将土压平衡盾构机作为“准泥水盾构机”使用,使盾构机顺利掘进。

通过在初始掘进过程中反复试验,优化“膨润土+黄土+工业碱+水”进行渣土改良的配方,不但可减少膨润土的用量,且效果优于纯膨润土配比。其配制比例为:用比重1.06 g/cm3的膨润土浆液与比重1.3 g/cm3的黄土浆液搅拌,用浆液粘度测定仪测定粘度为20"左右,黄土与膨润土浆液比例用3:4拌制成比重为1.10～1.3 g/cm3的混合浆液,按照8～12m3/环的注入量对渣土进行改良。

掘进参数

在施工中,推力控制在1.5万～2.5万kN左右,推进速度控制在20～40 mm/min,砂、砾地层要快速通过;刀盘转速以0.8～1.1 r/min为宜,扭矩控制在1 800～3 500 kN·m;上下土仓压力分别控制在60～90 kPa和80～110 kPa;出碴量严格按照50～55 m3/环控制。

同步注浆和二次注浆

通过及时的同步注浆,可有效控制地面沉降,同步注浆量控制在5～7 m3/环,注浆压力为150～250 kPa,以及时充分地填充衬砌与开挖轮廓之间的空隙。

对于出渣超量或地面沉降过大的地段,应及时在洞内采取二次补浆措施。

加强监控量测

监控量测是盾构施工的“眼睛”,通过地面监控量测数据的反馈,及时调整掘进参数,保证施工的安全、顺利推进。

施工分析

选取左线试验掘进段进行分析,选择第14环(采用欠压模式下掘进)、40环(土压平衡模式掘进)进行连续地表监测,直至沉降稳定,监测结果绘成的曲线见图2、图3。

根据该沉降曲线图,结合具体地质条件及施工参数,得出以下实测结果:由于盾构穿越的地层条件相似,隧道埋深相近,各项施工参数接近,2个监测点的沉降规律几乎保持一致。在全断面砂砾石地层中掘进,为保证顺利、快速推进,所需推力较大,扭矩也增大,而该地层自稳性较差,对于沉降较为敏感,因此,在盾构开挖前,地面已经开始沉降变形,在盾构开挖6d左右后,地面沉降达到最大值,并趋于稳定。若采用欠压模式下掘进,则地面沉降控制相对比较困难,沉降最大值达-20.5 mm(图2);若严格按照土压平衡模式掘进,则沉降可控制在-15 mm以内(图3),这在长乐坡一万寿路区间的掘进中,也进一步得到了论证。通过同步注浆和及时采取二次补浆的方式,可有效控制地面沉降变化。

施工总结

在全断面砂砾石地层采用盾构法施工,选用大推力、高扭矩、耐磨性好以及配置合理刀具的盾构机是顺利施工的保证。

渣土改良是砂砾石地层中掘进的关键,特别是针对土压平衡盾构机,以“膨润土+黄土+工业碱+水”的合理配比,通过浆车运输或专用管道从地面输入至盾构机膨润土箱,及时有效地对砂砾石地层进行改良,将土压平衡盾构机作为“准泥水盾构机”使用,既能保证顺利施工,同时也能够延长刀具、螺旋机的使用寿命。

选择合理的掘进参数和掘进模式,均衡通过是重点。在该段的掘进中,可达到最高日掘进14环(21.0 m),为西安地铁同类型地层的施工积累了经验。