【正文】 數(shù)，降低刀具損耗。而在在刀盤盤圈前端面位置的貝型刀實質(zhì)上屬于切削刀，在此類地層可以更為有效的對砂卵石進行切削；（2）從經(jīng)濟角度考慮：在砂卵石地層掘進時，卵礫石的粒徑大小不一其中有很大一部分易與刀體進行直接接觸，產(chǎn)生頂、磨、擠、壓等包裹復雜力的作用，無論是滾刀還是貝殼刀均不可避免的受到嚴重磨損。（1）膨潤土的加入使注漿漿液的穩(wěn)定性得到提高，可泵性增大，根據(jù)本次試驗結(jié)果及其他工程應(yīng)用膨潤土的經(jīng)驗，確定在該地層情況的同步注漿的膨潤土添加量；（2）黃粘土粉的加入，使注漿漿液的粘聚能力增大，提高了漿液整體性和抗水性，特別水沖情況下的抗分散能力。因而施工時要充分考慮這些因素，在滿足設(shè)計要求的前提下，有針對性地進行配比設(shè)計,并根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。盾尾同步注漿時，需防止地下水在漿液凝固前沖散漿液，所注漿液應(yīng)具有較強的保水性和較短凝膠時間。經(jīng)實驗測定:初凝時間：810小時，ρ=1600kg/m3，28天強度：。經(jīng)實驗測定，此配比漿液凝結(jié)時間：58小時，ρ=1700kg/m3，28天強度：。即要求漿液凝固時間短、粘性大、保水性強、不離析。 因此,同步注漿時,可適當增大注漿壓力,以獲得更好的充填效果。 P2注漿孔注漿壓力 P4注漿孔注漿壓力 注漿率從同步注漿現(xiàn)場統(tǒng)計情況分析：，；，；同步注漿率多數(shù)在125％到175％之間，平均值150％。因而，在注漿壓力和注漿率之間就存在一組矛盾，在砂卵石地層同步注漿時，以哪一個指標作為注漿結(jié)束的控制標準，才能有效的控制地表沉降是在同步注漿時需要明確的問題之一。根據(jù)注漿壓力和注漿量的大小，現(xiàn)以注漿壓力為基準對其進行分區(qū)討論： 注漿壓力和注漿率分布示意圖 注漿壓力和注漿率分區(qū)示意圖(1)注漿壓力較小、B、C三區(qū)。進而導致注漿率較大時，注漿壓力仍達不到設(shè)定值。(2)注漿壓力較大、H、I三區(qū)。對于松散的砂卵石地層，注漿壓力過大時，漿液在注入壓力的作用下會對土體產(chǎn)生劈裂滲透，進而引起地表的有害隆起或破壞管片襯砌，影響地表建筑物與地下管線的安全，應(yīng)盡量避免。注漿量應(yīng)根據(jù)實際的開挖情況（地層情況、超挖和局部坍塌等）實時調(diào)整，使兩者關(guān)系處于圖3所示的D區(qū)、E區(qū)和H區(qū)，盡可能有效的填充盾尾間隙，減小地層損失和地表沉降。在此根據(jù)盾構(gòu)施工的實測數(shù)據(jù)對注漿參數(shù)與地表沉降關(guān)系進行討論。注漿率141％。(2)沉降量較小時90環(huán)處沉降僅有3mm，為本區(qū)段沉降最小處，注漿率125% ，位于E區(qū)。這是因為盾尾從35環(huán)處脫出時，隧道拱頂較多的砂卵石塊坍塌，盾尾間隙減小，砂漿流動不暢，需在較大壓力下注漿。在本區(qū)段內(nèi)同步注漿參數(shù)絕大部分分布在E區(qū)內(nèi)，較好的控制了地表沉降。（1）提高相應(yīng)設(shè)備的配備能力，根據(jù)實際情況計算出盾構(gòu)開挖直徑DL，根據(jù)DL計算所得的注漿量Q值來判別盾構(gòu)的同步注漿的設(shè)備能力，提高填充率，根據(jù)計算結(jié)果，～，以保證足夠高的填充率。 合理選擇注漿液類型惰性漿液初凝時間長，制備成本低，在上海等軟弱地層為主的地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，但由于其強度較低，抗?jié)B性能差，不利于隧道襯砌的早期穩(wěn)定和隧道防滲效果。正式掘進前，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探和補充地質(zhì)勘探成果，進行漿液配合比試驗，最好是單液漿和雙液漿配比均準備2組以上；漿液初凝時間、早期強度和28d強度均滿足與圍巖共同作用的要求；液化地層，還應(yīng)進行漿液抗液化試驗；根據(jù)漿液運輸方式選擇。為控制管片上浮，并防止因漿液流動性好而造成隧道頂部出現(xiàn)無漿液填充現(xiàn)象，在通過盾尾注漿管的同步注漿過程中，宜將位于上部的兩根注漿管注漿壓力和注漿量提高；在通過管片注漿孔注漿的操作中，一般應(yīng)選擇在頂部的2片管片注漿。同時，配備專用疏通器具，制定有效的疏通措施，使注漿管堵塞時能得以及時疏通。　?。?）因壓氣壓力本身的擋土作用使開挖面穩(wěn)定。 對均勻分布的同一種土質(zhì)的開挖面而言。另外，因地下水壓與地層的性質(zhì)（滲水性等）、覆蓋土的厚度等因素 為隧道直徑）處的地下有關(guān)，所以氣壓的設(shè)計標準（交點氣壓），通常按離開隧道頂端水壓確定（適用于中、大口徑隧道），也可按隧道中心處的地下水壓確定（適用于小口徑隧道）。 滑動破壞形態(tài)判斷壓氣加壓后是否穩(wěn)定的估算方法如下： () 式中：—作用于盾構(gòu)中心的豎直土壓(γ1h)(kN/m2)，其中γ1為土體重度；P—氣壓(kN/m2)；—土體非排水抗剪強度（內(nèi)聚力）(kN/m2)；—系數(shù)，無量綱 通過研究發(fā)現(xiàn)，≥5時掘削地層土體仍呈塑流態(tài)（即掘削面不穩(wěn)定）；若5，則說明掘削面呈穩(wěn)態(tài)。另外，由于粘土的毛細管張力大，故氣壓往往小于理論值。 漏氣現(xiàn)象在開挖面的下部，過剩水壓的滲流作用有時會致使飽和砂失重，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象（飽和砂的流動現(xiàn)象，稱為流砂現(xiàn)象）。當在滲水系數(shù)大的砂性地層中壓氣加壓時，氣壓越大，漏氣量越大。地層的構(gòu)成和狀態(tài)不同，壓氣方法也不同。相反，開挖面上部是粘性土，而下部是砂土時，因粘性土的透氣系數(shù)小，可以適當加大氣壓，提高止水、擋土效果。為防止此類事故的發(fā)生，事先須在一定的范圍（盾構(gòu)周圍約 100m）進行勘察，并且施工時需要嚴密監(jiān)視。 （1）膨潤土的結(jié)構(gòu)及性能 盾構(gòu)掘進中所使用的膨潤土是粘土的一種，其主要成分為蒙脫石，蒙脫石是2∶1型層狀鋁硅酸鹽，其四面體中的硅可被鋁隨機置換，八面體中的鋁可被同價或低價離子如Ca2+、Na+、Mg2+等類質(zhì)同象置換，這種類質(zhì)同象置換過程使蒙脫石晶層面有過剩的負電荷，在層間產(chǎn)生一靜電場，因此蒙脫石層間可吸附Ca2+、Na+、Mg2+等陽離子和水(H3O+)、氨(NH+4)等極性分子。膨潤土自身吸水結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程。鈉基膨潤土單位結(jié)構(gòu)層間能吸附大量的水，層間距離大，膨脹率高，鈉離子連接各層薄片。土壓平衡式盾構(gòu)施工對加入的膨潤土泥漿的一個基本要求就是它能夠形成“濾餅”，可以形成于土粒內(nèi)部和土粒之間，由膠結(jié)和固結(jié)的膨潤土組成。 氣壓加壓試驗 （1）盾構(gòu)停機前狀況 2008年3月16日晚，盾構(gòu)機的推力逐漸增大，最大至1700噸，每環(huán)注入3方膨潤土改良土體，出土夾雜較多未破損的20~30cm卵石及粘土，偶爾出現(xiàn)卡刀盤現(xiàn)象。 換刀計劃及實現(xiàn)情況計劃內(nèi)容，參數(shù)時間及班組實際情況，處理及參數(shù)刀具檢查更換地點的預(yù)測，對選定地面進行觀察，確定盾構(gòu)機上方的管線，地質(zhì)鉆探孔，降水井等瀉壓通道堵死316無 停機換刀前五環(huán)每環(huán)盾尾同步注漿足量。經(jīng)研究決定采用氣壓法換刀，對本方法進行嘗試。不同壓實密度的膨潤土的主要差別在于其土體顆粒間孔隙的大小，當密度大時，單位空間中的土體顆粒及吸附水層所占的體積就大，滲流液體通道就窄。膨潤土泥漿和土體相互作用后形成的混合結(jié)構(gòu),。這些薄片層的上下表面帶負電，因而膨潤土的構(gòu)成單位是互相排斥的。 膨潤土一般分為鈉基和鈣基膨潤土，在工程中多使用鈉基膨潤土，其顆粒的單位晶層中存在極弱的鍵，鈉離子本身半徑小，離子價低，水很容易進入單位晶層間，引起晶格膨脹，顆粒的體積膨脹為原來顆粒體積的10~40倍，吸水后形成一道不透水的防滲層。在帶壓換刀時，必須對土倉進行封閉處理，防止漏氣而引起開挖面坍塌。當不滲水層下存在著因地下水位下降而完全疏干的砂層或砂礫層時，地層中會滯留缺氧空氣。例如：開挖面上部是砂土，下部為粘性土時，須注意由過剩氣壓造成的漏氣和噴發(fā)。遇到這種情形還遇到這種情形還必須同時輔以注漿、排水降低地下水壓等輔助工措施。e—空隙比。但對砂地層而言，若掘削面的暴露時間長在氣壓的作用下，砂土脫水干燥致使內(nèi)聚性喪失，故仍然存在坍塌的危險。不過P不能過大，過大致使環(huán)境惡化。 氣壓與土層的關(guān)系 （1）粘性土（粘土、淤泥）地層1　 就一般粘性土而言，因其透氣系數(shù)小，當盾構(gòu)停機換刀致使工作面不穩(wěn)定時，可依靠氣壓的支護作用和脫水使地層得到加固；2　 對軟弱且具塑流性的粘土地層而言，停機換刀時容易產(chǎn)生開挖面土體坍塌及尾隙土體坍塌，即開挖面不穩(wěn)定。因兩者的變化規(guī)律不同，故在開挖面上只存在一個交點（即兩者相等的點），也就是說，只有在該交點處氣壓才與地下水壓相等（即平衡），該點上、下部均為不平衡部位。這其中，以高壓空氣防止開挖面坍塌的作用是氣壓法的最顯著的作用，但是其擋土作用依圍巖的性質(zhì)不同而有所區(qū)別。作業(yè)人員在氣壓條件下進入土倉，進行檢查、維修保養(yǎng)和刀具更換等過程作業(yè)。 制訂詳細的注漿施工設(shè)計和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序制訂詳細的注漿施工設(shè)計和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴格按要求實施注漿、檢查、記錄、分析，及時做出P（注漿壓力）－Q（注漿量）－t（時間）曲線，分析注漿效果，反饋指導下次注漿； 防止注漿管堵塞盾構(gòu)掘進指令要和漿液拌制指令相配合，避免過早拌制漿液后發(fā)生堵管。為防止盾尾被擊穿，注漿壓力不能大于盾尾密封所能承受的設(shè)計壓力。雙液漿初凝時間很短，強度高，相對另外兩種漿液而言，注入量最少，沉降量最少，注漿效果最佳，廣泛適用于各種地層，但施工工藝較為復雜，施工過程控制要求較高； 根據(jù)隧道區(qū)段變化而調(diào)整。 （3）由于地層損失率的改變，該地層中的同步注漿的控制，不應(yīng)采取注漿量來控制，而應(yīng)以注漿壓力來控制同步注漿。 松散帶對注漿量的影響由于松散帶的存在，按常規(guī)的注漿量已經(jīng)不能滿足填充掘進間隙。但此時可繼續(xù)增大注漿壓力，增加注漿量，進一步減小沉降值。此時注漿壓力在設(shè)定范圍內(nèi)，但注漿量稍大。按照分區(qū)原則兩環(huán)應(yīng)分別位于A區(qū)和B區(qū)。 地表沉降與注漿參數(shù)變化圖 監(jiān)測點處注漿壓力和注漿量分布圖，結(jié)合上節(jié)對注漿參數(shù)的分區(qū)，我們對處于不同區(qū)域中的典型點進行分析，從注漿壓力和注漿量共同作用的角度探討注漿參數(shù)和地表沉降的關(guān)系。在施工中應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地表及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果及時進行信息反饋，修正注漿參數(shù)和施工方法，發(fā)現(xiàn)情況及時解決。同步注漿壓力達到設(shè)計范圍之內(nèi)，注漿量達到或超過設(shè)計值的85％時，對應(yīng)于圖中的D區(qū)和E區(qū)，此時可認為注漿完成；當同步注漿壓力達到設(shè)計壓力，注漿量未達到設(shè)計值，對應(yīng)于圖中的F區(qū)，此情況與I區(qū)類似，應(yīng)繼續(xù)注漿，直至兩者均滿足要求。這主要時由于盾尾脫出后受擾動的隧道拱頂?shù)纳奥咽罅刻?，減小了盾尾空隙，造成砂漿流動不暢，在正常的壓力下，注入量較少。這是由于在注漿尚未完全充滿盾尾間隙時就停止注漿，注漿不完全。這一方面由于成都砂卵石地層的滲透系數(shù)較大,漿液滲漏嚴重，注入漿液的一部分滲入周邊地層中。 注漿壓力與注漿率對應(yīng)關(guān)系。從實測數(shù)據(jù)可看出，兩管實測的注漿壓力大多低于設(shè)定值，如果再扣除壓力的管道損失（～），這表明從注漿壓力角度而言，管片背部注漿沒有充分的填充盾尾間隙。 盾構(gòu)推進時注漿參數(shù)的變化情況本工程所使用的土壓平衡盾構(gòu)機（EPB）在盾尾處設(shè)有4個漿液注入點，盾尾同步注漿的壓力因漿液注入點位置的不同而不同。當管片背后已被水充填時，則需提高注漿壓力，以便地下水隨著漿液的推進被擠入土體中。凝結(jié)時間：810小時，ρ=1600kg/m3，28天強度：。由于原料中黃粘土粉本身性質(zhì)影響漿液早期強度與凝結(jié)時間，而過建筑物時需提高早期強度，相應(yīng)增加了水泥和減少了黃粘土粉用量。 富水段漿液建議配比材料名稱水水泥細砂膨潤土黃粘土粉外加劑所占百比28%7%38%6%21%每方用量448kg112 kg608kg96kg288 kg150g注：由于試驗中未測定所采用細砂的含水率，因此，實際注入應(yīng)測定砂的含水率做相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)已有實驗結(jié)果，針對盾構(gòu)推進的不同情況，對漿液配比提出如下建議: 盾構(gòu)從富水地段通過成都的地層富水，多數(shù)情況下盾構(gòu)在富水地層中通過。但是，添加了粘土粉的漿液，其流動性明顯降低；（3）漿液的含水量和粘土含量是決定漿液凝結(jié)時間和流動性的主要因素。4 盾尾同步注漿材料及參數(shù) 注漿材料試驗分析測試的項目有：漿液密度、漿液流動度、漿液塌落度、稠度、凝結(jié)時間、水下澆注試驗、抗水沖的分散試驗、析水率、試件的抗壓強度試驗。為提高工效，減小成本，在盾構(gòu)掘進時嘗試將兩把貝殼刀布置在刀盤盤圈前端面，用于切削砂卵石。 刀具損耗總量/元滾刀刮刀齒刀中心刀配件總消耗每延米消耗234724010340001447403103569666439330005004由表可知，在進行有效渣土改良后的786m的掘進中刀具損耗共3933000元，平均沒延米損耗5004m，較之為有效改良區(qū)段刀具成本減小了20%，這對于整個標段及成都地鐵后續(xù)施工的成本控制有著較好的借鑒意義。在此對其進行分析。 由于此次為土壓平衡盾構(gòu)首次在成都砂卵石地層施工，各項控制措施均在探索試驗過程中，掘進刀具的磨損較為嚴重，每延米的刀具損耗成本較高。 前957m刀具損耗分析本工程所使用的兩臺盾構(gòu)機S365和S366共掘進638環(huán)（957m）時，對刀具的成本進行了統(tǒng)計分析。 盾構(gòu)刀具損耗分析盾構(gòu)刀具屬于易耗品，并且價格高，對盾構(gòu)隧道工程造價影響較大。 刀具磨損的計算分析根據(jù)相關(guān)研究表明，刀具的磨損和刀具所走的行程、刀具上的壓力有關(guān)，在壓力相差不大的情況下刀具的磨損僅于不同位置刀具所走行程L成正比。 刮刀和地層作用圖 掘進時刮刀的前角阻力和后角受力，有以下幾個的特點：①前角面阻力增大，同時波動較大，不穩(wěn)定；②刀具和圍巖相互作用力較大，影響范圍大；③后角面的受力明顯增大；⑶ 前后角都為0的情況， 刮刀和地層作用圖 掘進時刮刀的前角阻力和后角受力：①前角面阻力很大，同時波動更加明顯，不穩(wěn)定；②刀具和圍巖相互作用力較大，影響范圍大；③后角面的受力明顯增大；⑷ 后角不為0的情況在后角設(shè)置了一定的角度切削。掘進時刀具和砂卵石地層的相互作用如圖所示。 刮刀切削的離散元分析離散單元法計算時，記錄與渣土接觸的刀具面上的接觸力。 刮刀磨損及離散元計