【正文】 數(shù)，降低刀具損耗。而在在刀盤(pán)盤(pán)圈前端面位置的貝型刀實(shí)質(zhì)上屬于切削刀，在此類(lèi)地層可以更為有效的對(duì)砂卵石進(jìn)行切削；（2）從經(jīng)濟(jì)角度考慮：在砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)，卵礫石的粒徑大小不一其中有很大一部分易與刀體進(jìn)行直接接觸，產(chǎn)生頂、磨、擠、壓等包裹復(fù)雜力的作用，無(wú)論是滾刀還是貝殼刀均不可避免的受到嚴(yán)重磨損。（1）膨潤(rùn)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(yàn)結(jié)果及其他工程應(yīng)用膨潤(rùn)土的經(jīng)驗(yàn)，確定在該地層情況的同步注漿的膨潤(rùn)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(shí)要充分考慮這些因素，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，有針對(duì)性地進(jìn)行配比設(shè)計(jì),并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。盾尾同步注漿時(shí)，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(qiáng)的保水性和較短凝膠時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定:初凝時(shí)間：810小時(shí)，ρ=1600kg/m3，28天強(qiáng)度：。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，此配比漿液凝結(jié)時(shí)間：58小時(shí)，ρ=1700kg/m3，28天強(qiáng)度：。即要求漿液凝固時(shí)間短、粘性大、保水性強(qiáng)、不離析。 因此,同步注漿時(shí),可適當(dāng)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(chǎng)統(tǒng)計(jì)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(shí)，以哪一個(gè)指標(biāo)作為注漿結(jié)束的控制標(biāo)準(zhǔn)，才能有效的控制地表沉降是在同步注漿時(shí)需要明確的問(wèn)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(zhǔn)對(duì)其進(jìn)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(jìn)而導(dǎo)致注漿率較大時(shí)，注漿壓力仍達(dá)不到設(shè)定值。(2)注漿壓力較大、H、I三區(qū)。對(duì)于松散的砂卵石地層，注漿壓力過(guò)大時(shí)，漿液在注入壓力的作用下會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生劈裂滲透，進(jìn)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(shí)際的開(kāi)挖情況（地層情況、超挖和局部坍塌等）實(shí)時(shí)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)注漿參數(shù)與地表沉降關(guān)系進(jìn)行討論。注漿率141％。(2)沉降量較小時(shí)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?yàn)槎芪矎?5環(huán)處脫出時(shí)，隧道拱頂較多的砂卵石塊坍塌，盾尾間隙減小，砂漿流動(dòng)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(shí)際情況計(jì)算出盾構(gòu)開(kāi)挖直徑DL，根據(jù)DL計(jì)算所得的注漿量Q值來(lái)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(jì)算結(jié)果，～，以保證足夠高的填充率。 合理選擇注漿液類(lèi)型惰性漿液初凝時(shí)間長(zhǎng)，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(qiáng)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(jìn)前，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探和補(bǔ)充地質(zhì)勘探成果，進(jìn)行漿液配合比試驗(yàn)，最好是單液漿和雙液漿配比均準(zhǔn)備2組以上；漿液初凝時(shí)間、早期強(qiáng)度和28d強(qiáng)度均滿足與圍巖共同作用的要求；液化地層，還應(yīng)進(jìn)行漿液抗液化試驗(yàn)；根據(jù)漿液運(yùn)輸方式選擇。為控制管片上浮，并防止因漿液流動(dòng)性好而造成隧道頂部出現(xiàn)無(wú)漿液填充現(xiàn)象，在通過(guò)盾尾注漿管的同步注漿過(guò)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(guò)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(shí)，配備專用疏通器具，制定有效的疏通措施，使注漿管堵塞時(shí)能得以及時(shí)疏通?！　。?）因壓氣壓力本身的擋土作用使開(kāi)挖面穩(wěn)定。 對(duì)均勻分布的同一種土質(zhì)的開(kāi)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)（交點(diǎn)氣壓），通常按離開(kāi)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(dòng)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—?dú)鈮?kN/m2)；—土體非排水抗剪強(qiáng)度（內(nèi)聚力）(kN/m2)；—系數(shù)，無(wú)量綱 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，≥5時(shí)掘削地層土體仍呈塑流態(tài)（即掘削面不穩(wěn)定）；若5，則說(shuō)明掘削面呈穩(wěn)態(tài)。另外，由于粘土的毛細(xì)管張力大，故氣壓往往小于理論值。 漏氣現(xiàn)象在開(kāi)挖面的下部，過(guò)剩水壓的滲流作用有時(shí)會(huì)致使飽和砂失重，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象（飽和砂的流動(dòng)現(xiàn)象，稱為流砂現(xiàn)象）。當(dāng)在滲水系數(shù)大的砂性地層中壓氣加壓時(shí)，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(kāi)挖面上部是粘性土，而下部是砂土?xí)r，因粘性土的透氣系數(shù)小，可以適當(dāng)加大氣壓，提高止水、擋土效果。為防止此類(lèi)事故的發(fā)生，事先須在一定的范圍（盾構(gòu)周?chē)s 100m）進(jìn)行勘察，并且施工時(shí)需要嚴(yán)密監(jiān)視。 （1）膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)及性能 盾構(gòu)掘進(jìn)中所使用的膨潤(rùn)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(jī)置換，八面體中的鋁可被同價(jià)或低價(jià)離子如Ca2+、Na+、Mg2+等類(lèi)質(zhì)同象置換，這種類(lèi)質(zhì)同象置換過(guò)程使蒙脫石晶層面有過(guò)剩的負(fù)電荷，在層間產(chǎn)生一靜電場(chǎng)，因此蒙脫石層間可吸附Ca2+、Na+、Mg2+等陽(yáng)離子和水(H3O+)、氨(NH+4)等極性分子。膨潤(rùn)土自身吸水結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過(guò)程。鈉基膨潤(rùn)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(duì)加入的膨潤(rùn)土泥漿的一個(gè)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(rùn)土組成。 氣壓加壓試驗(yàn) （1）盾構(gòu)停機(jī)前狀況 2008年3月16日晚，盾構(gòu)機(jī)的推力逐漸增大，最大至1700噸，每環(huán)注入3方膨潤(rùn)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(pán)現(xiàn)象。 換刀計(jì)劃及實(shí)現(xiàn)情況計(jì)劃內(nèi)容，參數(shù)時(shí)間及班組實(shí)際情況，處理及參數(shù)刀具檢查更換地點(diǎn)的預(yù)測(cè)，對(duì)選定地面進(jìn)行觀察，確定盾構(gòu)機(jī)上方的管線，地質(zhì)鉆探孔，降水井等瀉壓通道堵死316無(wú) 停機(jī)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(duì)本方法進(jìn)行嘗試。不同壓實(shí)密度的膨潤(rùn)土的主要差別在于其土體顆粒間孔隙的大小，當(dāng)密度大時(shí)，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(rùn)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(fù)電，因而膨潤(rùn)土的構(gòu)成單位是互相排斥的。 膨潤(rùn)土一般分為鈉基和鈣基膨潤(rùn)土，在工程中多使用鈉基膨潤(rùn)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(jià)低，水很容易進(jìn)入單位晶層間，引起晶格膨脹，顆粒的體積膨脹為原來(lái)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(shí)，必須對(duì)土倉(cāng)進(jìn)行封閉處理，防止漏氣而引起開(kāi)挖面坍塌。當(dāng)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(shí)，地層中會(huì)滯留缺氧空氣。例如：開(kāi)挖面上部是砂土，下部為粘性土?xí)r，須注意由過(guò)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(shí)輔以注漿、排水降低地下水壓等輔助工措施。e—空隙比。但對(duì)砂地層而言，若掘削面的暴露時(shí)間長(zhǎng)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(xiǎn)。不過(guò)P不能過(guò)大，過(guò)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(dāng)盾構(gòu)停機(jī)換刀致使工作面不穩(wěn)定時(shí)，可依靠氣壓的支護(hù)作用和脫水使地層得到加固；2　 對(duì)軟弱且具塑流性的粘土地層而言，停機(jī)換刀時(shí)容易產(chǎn)生開(kāi)挖面土體坍塌及尾隙土體坍塌，即開(kāi)挖面不穩(wěn)定。因兩者的變化規(guī)律不同，故在開(kāi)挖面上只存在一個(gè)交點(diǎn)（即兩者相等的點(diǎn)），也就是說(shuō)，只有在該交點(diǎn)處氣壓才與地下水壓相等（即平衡），該點(diǎn)上、下部均為不平衡部位。這其中，以高壓空氣防止開(kāi)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(jìn)入土倉(cāng)，進(jìn)行檢查、維修保養(yǎng)和刀具更換等過(guò)程作業(yè)。 制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、檢查、記錄、分析，及時(shí)做出P（注漿壓力）－Q（注漿量）－t（時(shí)間）曲線，分析注漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿； 防止注漿管堵塞盾構(gòu)掘進(jìn)指令要和漿液拌制指令相配合，避免過(guò)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(jì)壓力。雙液漿初凝時(shí)間很短，強(qiáng)度高，相對(duì)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(fù)雜，施工過(guò)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(lái)控制，而應(yīng)以注漿壓力來(lái)控制同步注漿。 松散帶對(duì)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(jìn)間隙。但此時(shí)可繼續(xù)增大注漿壓力，增加注漿量，進(jìn)一步減小沉降值。此時(shí)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(cè)點(diǎn)處注漿壓力和注漿量分布圖，結(jié)合上節(jié)對(duì)注漿參數(shù)的分區(qū)，我們對(duì)處于不同區(qū)域中的典型點(diǎn)進(jìn)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?chē)ㄖ镒冃伪O(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)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(shí)解決。同步注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，注漿量達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值的85％時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖中的D區(qū)和E區(qū)，此時(shí)可認(rèn)為注漿完成；當(dāng)同步注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)值，對(duì)應(yīng)于圖中的F區(qū)，此情況與I區(qū)類(lèi)似，應(yīng)繼續(xù)注漿，直至兩者均滿足要求。這主要時(shí)由于盾尾脫出后受擾動(dòng)的隧道拱頂?shù)纳奥咽罅刻瑴p小了盾尾空隙，造成砂漿流動(dòng)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(shí)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(yán)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(duì)應(yīng)關(guān)系。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可看出，兩管實(shí)測(cè)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(méi)有充分的填充盾尾間隙。 盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)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(jī)（EPB）在盾尾處設(shè)有4個(gè)漿液注入點(diǎn)，盾尾同步注漿的壓力因漿液注入點(diǎn)位置的不同而不同。當(dāng)管片背后已被水充填時(shí)，則需提高注漿壓力，以便地下水隨著漿液的推進(jìn)被擠入土體中。凝結(jié)時(shí)間：810小時(shí)，ρ=1600kg/m3，28天強(qiáng)度：。由于原料中黃粘土粉本身性質(zhì)影響漿液早期強(qiáng)度與凝結(jié)時(shí)間，而過(guò)建筑物時(shí)需提高早期強(qiáng)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(xì)砂膨潤(rùn)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(yàn)中未測(cè)定所采用細(xì)砂的含水率，因此，實(shí)際注入應(yīng)測(cè)定砂的含水率做相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)的不同情況，對(duì)漿液配比提出如下建議: 盾構(gòu)從富水地段通過(guò)成都的地層富水，多數(shù)情況下盾構(gòu)在富水地層中通過(guò)。但是，添加了粘土粉的漿液，其流動(dòng)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(shí)間和流動(dòng)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(yàn)分析測(cè)試的項(xiàng)目有：漿液密度、漿液流動(dòng)度、漿液塌落度、稠度、凝結(jié)時(shí)間、水下澆注試驗(yàn)、抗水沖的分散試驗(yàn)、析水率、試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。為提高工效，減小成本，在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)嘗試將兩把貝殼刀布置在刀盤(pán)盤(pán)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(jìn)行有效渣土改良后的786m的掘進(jìn)中刀具損耗共3933000元，平均沒(méi)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(duì)于整個(gè)標(biāo)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(duì)其進(jìn)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(xiàng)控制措施均在探索試驗(yàn)過(guò)程中，掘進(jìn)刀具的磨損較為嚴(yán)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(tái)盾構(gòu)機(jī)S365和S366共掘進(jìn)638環(huán)（957m）時(shí)，對(duì)刀具的成本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。 盾構(gòu)刀具損耗分析盾構(gòu)刀具屬于易耗品，并且價(jià)格高，對(duì)盾構(gòu)隧道工程造價(jià)影響較大。 刀具磨損的計(jì)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(jìn)時(shí)刮刀的前角阻力和后角受力，有以下幾個(gè)的特點(diǎn)：①前角面阻力增大，同時(shí)波動(dòng)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(jìn)時(shí)刮刀的前角阻力和后角受力：①前角面阻力很大，同時(shí)波動(dòng)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(jìn)時(shí)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(jì)算時(shí)，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(jì)