无锡地铁3号线盾构施工盾中同步注浆与渣土改良研究

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随着我国城市化进程不断加快,城市交通压力越来越大,因此开发城市地下空间,发展立体交通成为当前城市基础设施建设的重要内容。地铁作为立体交通的重要组成部分,迎来历史性的发展高峰。盾构法是城市地铁隧道施工的常用方法,而城市地面建筑密集,地下管线复杂,盾构近距离、穿越施工不可避免,严格控制地层扰动及地表沉降是盾构法施工必须解决的技术难题。
  无锡地铁3号线公路处站~山北站盾构区间隧道紧邻某老旧建筑物,盾构开挖面所遇地层主要为砂层,且微承压水发育。在该老旧建筑物未进行加固,不能进行试推的情况下进行盾构隧道始发并穿越施工。为精确控制地表沉降,保证盾构机顺利始发穿越,拟采用盾中同步注浆技术对盾体间隙进行处理,使用泡沫对微承压砂层进行渣土改良。本文通过室内试验结合实际工程应用,对盾中同步注浆所用克泥效双液浆的性质及其扩散机理、微承压砂层渣土改良技术进行了研究,主要研究内容及成果如下:
  (1)克泥效主要成分为膨润土、水和水玻璃,掺加增稠剂、稳定剂和分散剂三种外掺剂。试验研究表明,各组分对克泥效A液的粘度及流动度、对克泥效无侧限抗压强度及物质成分均存在影响,其中含水率的影响最大,且含水率会影响其他组分功能的发挥。克泥效粘度大,流动度低,始终保持流塑~可塑状态,在应力作用下表现为不可恢复的塑性变形。克泥效无侧限抗压强度强度较低,其值约为0.02~0.06MPa。
  (2)采用的盾中同步注浆方法为克泥效工法,根据室内试验,克泥效最佳配比为:土水比1∶4,水玻璃添加比为1∶10,纤维素衍生剂1.0%,稳定剂0.4%,分散剂0.3%。无锡地铁3号线实际应用表明,克泥效工法可有效临时充填盾体间隙,控制地层扰动及地表沉降,保证近距离穿越施工的安全进行。
  (3)克泥效流动扩散后在盾体表面形状的水平投影呈扇形,其流动扩散的边界为前期注入的克泥效、土压舱、土体和盾体,由此推导克泥效双液浆扇形充填扩散模型。实例分析表明,克泥效沿环向的压力分布在盾体截面内左右对称分布,在流动扩散过程中压力有所降低;在重力作用下,盾体顶部压力最小,在盾体底部压力最大。
  (4)无锡地铁3号线盾构区间所遇微承压砂层主要为级配不良的中粗砂层和细砂层,通过室内试验确定其最佳改良方法为泡沫液浓度3%,发泡压力0.1MPa,泡沫注入率10%~20%。现场应用表明,该渣土改良方法有效保证了盾构机掘进速度、推力和扭矩保持稳定,并可为类似地层的盾构隧道施工提供参考。
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