【正文】 造成劈裂。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。 注漿參數(shù)與地表沉降關(guān)系同步注漿的最主要目的是及時填充盾尾，控制地表沉降，因此地表沉降值是衡量注漿效果好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。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。（為便于比較，地表沉降用cm,注漿壓力用bar,注漿率采用小數(shù)表示）。 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。(1)沉降量較大時21環(huán)和65環(huán)處沉降分別達到27mm和30mm為，為本區(qū)段沉降最大兩點。，注漿率141％。，注漿率172％。按照分區(qū)原則兩環(huán)應(yīng)分別位于A區(qū)和B區(qū)。這是由于注漿壓力未達設(shè)定值即停止注漿，雖然注入漿液量達到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，仍然未能有效填充由于滲透和少量卵石塌落而突然增大的盾尾間隙，導(dǎo)致地表沉降較大。(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)。此時盾構(gòu)掘進引起圍巖擾動較小，在設(shè)定的注漿壓力和注漿量下，漿液較好的填充了盾尾間隙，較好的控制了地表沉降；(3)沉降量處于中間時，注漿率165％，位于D區(qū)。此時注漿壓力在設(shè)定范圍內(nèi)，但注漿量稍大。在掘進時有一定的超挖，但在注漿時根據(jù)實際情況對注漿量的調(diào)整有效的控制了地表沉降；， MPa，注漿率123％，位于H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。注漿時考慮了這個因素，,將地表沉降控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定之內(nèi)（30mm）。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。對實測數(shù)據(jù)進行分區(qū)討論可知，注漿壓力和注漿量均對地表沉降有較大影響。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。而在施工中可能出現(xiàn)且對沉降影響較大的是其在A區(qū)和B區(qū)時的情況，這主要是因為施工時未針對實際情況變化而對參數(shù)做出調(diào)整，導(dǎo)致注漿不足，在施工時應(yīng)盡量避免。 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。對于砂卵石地層的同步注漿系統(tǒng)應(yīng)進行適應(yīng)性的改進。（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。 （2）同時改進同步注漿的漿液材料，防止?jié){液從盾構(gòu)盾殼周邊的松散帶反竄到刀盤前方。 （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。 控制措施從不同注漿方式的優(yōu)劣及常見問題的分析來看，盾構(gòu)機注漿控制措施主要有以下幾點。 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。硬性漿液制備成本相對較高，初凝時間較長，早期具有一定強度，對于隧道襯砌的穩(wěn)定較為有利。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(fù)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。在靠近洞門和聯(lián)絡(luò)通道前后的注漿，應(yīng)提高漿液強度和抗?jié)B性能；洞門結(jié)構(gòu)和聯(lián)絡(luò)通道施工前，還需用雙液漿等進行二次注漿補強；根據(jù)地質(zhì)情況變化而調(diào)整。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(zhǔn)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。 合理選擇注漿壓力、注漿量、注漿位置正常施工階段，以注漿壓力控制注漿量，沉降控制要求相當(dāng)高的地段，采用注漿壓力和注漿量雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。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。 加強管片沉浮的監(jiān)測加強管片沉浮的監(jiān)測，摸清盾構(gòu)機通過不同地質(zhì)斷面的沉浮規(guī)律，以相應(yīng)調(diào)節(jié)盾構(gòu)機姿態(tài)和注漿參數(shù)。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。 結(jié)合地面監(jiān)測實時調(diào)整通過地面沉降監(jiān)測成果指導(dǎo)盾尾注漿施工，當(dāng)盾構(gòu)機某環(huán)掘進過程發(fā)現(xiàn)出土量遠(yuǎn)超出理論方量時，則有可能前方地層發(fā)生坍塌，應(yīng)增加盾尾注漿量。 制訂詳細(xì)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(xì)的注漿施工設(shè)計和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)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(dǎo)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。盾構(gòu)機停機前應(yīng)用膨潤土等將注漿管充滿，以防漿液回流而堵塞注漿管。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。5 砂卵石地層帶壓換刀技術(shù) 帶壓換刀基本原理在盾構(gòu)機內(nèi)對刀盤前方地層改良或加固處理后，在保證刀盤前方周圍地層和土倉滿足氣密性要求的條件下，利用空氣壓縮機將空氣加壓，并注入土倉，以氣壓代替土壓，通過在土倉內(nèi)建立合理的氣壓來平衡刀盤前方水、土壓力，達到穩(wěn)定掌子面和防止地下水滲入。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)。 簡單而言，壓氣對開挖面的穩(wěn)定作用，可分為下述三種：　?。?）可阻止來自開挖面的涌水，防止開挖面坍塌?！　。?）因壓氣壓力本身的擋土作用使開挖面穩(wěn)定?！　。?）由于壓氣對圍巖縫隙起到排擠水的作用，增加了粉砂、粘土層或含有粉砂粘土成分的砂質(zhì)土的強度，從而增加了開挖面的穩(wěn)定性。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。透氣性小的粘性土或粉砂質(zhì)土地層中這種效果比較明顯；而在透氣性大的砂質(zhì)土和砂礫層中，即使采用與地下水壓相適應(yīng)的氣壓力，也多出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，而且往往阻止不了開挖面下部的涌水及上部的坍塌，因此需對刀盤前方的地層進行適當(dāng)?shù)母牧己图庸獭?對均勻分布的同一種土質(zhì)的開挖面而言。隨著深度的增加，地下水壓呈線性增加，即圖中三角形的斜邊，而氣壓在整個開挖面上呈均等分布。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。上部為氣壓過剩部位，下部為水壓過剩部位。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(biāo)準(zhǔn)（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）。 空氣壓力和地下水壓的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)氣壓值雖然取決于地層條件、隧道直徑及覆蓋土的厚度等因素， 范圍內(nèi)。 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。 （h4D）的塑流性地層壓氣加壓，則開挖面可能趨于穩(wěn)定。 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)。 顯然，加大P值，可使減小，即即提高氣壓可使開挖面穩(wěn)定。不過P不能過大，過大致使環(huán)境惡化。在粘性土地層中使用壓氣工法時，因透氣系數(shù)小，故不必?fù)?dān)心漏氣。另外，由于粘土的毛細(xì)管張力大，故氣壓往往小于理論值。 （2） 砂性土（砂、砂礫）地層 如前所述，開挖面上部因受過剩氣壓作用，涌水被止住，地層的含水率降低，故內(nèi)聚力和抗剪強度增大，開挖面趨于穩(wěn)定。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。如果氣壓增大過剩，則漏氣量增加或出現(xiàn)空氣向地面噴發(fā)的危險,。 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）。出現(xiàn)流砂時的動水梯度稱為臨界動水梯度，可用下式表示 =（G1)/(1+e) ()式中： G—砂粒重度（kN/m3)。e—空隙比。因此，氣壓必須控制在不發(fā)生氣體向地表噴發(fā)的臨界氣壓以下及不產(chǎn)生流砂的范圍內(nèi)。當(dāng)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。這種場合下，光靠壓氣止水很難實現(xiàn)。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。 （3） 互交層通常地層是由多種不同的土層交疊而成。地層的構(gòu)成和狀態(tài)不同，壓氣方法也不同。因此現(xiàn)場勘察地層構(gòu)成和狀態(tài)極為重要。例如：開挖面上部是砂土，下部為粘性土?xí)r，須注意由過剩氣壓造成的漏氣和噴發(fā)。遇到這種情形時，還須考慮增加其它輔助措施。相反，開挖面上部是粘性土，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。不過此時還應(yīng)該考慮壓縮空氣可能會穿過砂層在遠(yuǎn)處漏出。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，地層中會滯留缺氧空氣。這種場合下，進行壓氣施工時，存在加壓空氣從大型建筑物的地下室或枯井中噴出的危險。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(yán)密監(jiān)視。 土壓封閉措施及機理成都以砂卵石地層為主，卵石間顆粒之間的孔隙大，透氣性大。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。目前普遍采用的方法是向開挖面及盾構(gòu)機周圍注入膨潤土，同時轉(zhuǎn)動刀盤使艙內(nèi)砂土內(nèi)與膨潤土能較好的混合并較深地滲入地層中，利用膨潤土的吸水膨脹作用，對盾構(gòu)周圍的地層進行封堵，使氣壓有效的形成支護，在此對膨潤土的膨脹及防滲機理進行說明。 （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(fù)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。正是蒙脫石這種特有的吸附功能使得膨潤土具有很強的膨脹能力。 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。若再經(jīng)過一段較長時間，則膨潤土顆粒會變成膏脂狀，滲透系數(shù)可以降到1107m /s以下，幾乎不透水。膨潤土自身吸水結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程。膨潤土泥膜（a）分散結(jié)構(gòu)（b）絮凝結(jié)構(gòu)（c）膠結(jié)結(jié)構(gòu) 膨潤土水化后與土體作用形成不透水層的過程 從微觀結(jié)構(gòu)來看，膨潤土顆粒是粒徑小于2μm的無機質(zhì)，主要結(jié)構(gòu)體系為Si—Al—S，i是由云母狀薄片堆壘而形成的單個顆粒。這些薄片層的上下表面帶負(fù)電，因而膨潤土的構(gòu)成單位是互相排斥的。膨潤土在水化時，水分子沿著Si—Al—Si結(jié)構(gòu)單位的硅層表面被吸附，使得相鄰的結(jié)構(gòu)單位層之間的距離加大。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。膨潤土水化后，形成不透水的可塑性膠體，同時擠占與之接觸的土顆粒之間的孔隙，形成致密的不透水的防水層，從而達到防水的目的。膨潤土泥漿和土體相互作用后形成的混合結(jié)構(gòu),。 膨潤土泥漿與土體作用形成混合土體的結(jié)構(gòu) （2） 膨潤土的盾構(gòu)氣壓法換刀中的應(yīng)用 膨潤土由于具有吸濕膨脹性、低滲性、高吸附性及良好的自封閉性能，國外從20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始將膨潤土用作防滲材料。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。這個“濾餅”可以演變?yōu)橐粋€低滲透性的薄膜，從而可以將過量的地下水壓力中的液體壓力轉(zhuǎn)化為土顆粒和土顆粒之間的有效應(yīng)力，這對穩(wěn)定地層，防止停機換刀時的地面塌陷至關(guān)重要。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(dāng)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。由于膨潤土的高吸濕膨脹性和自封閉性，遇水時極度膨脹，其密度越大，膨脹倍數(shù)越大，同樣的滲流空間留給過流液體的通道就越窄，其滲流系數(shù)也就降低了。 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。掘進速度在掘進第二環(huán)突然從30mm/min降低至個位數(shù)，使用水浸泡2小時后掘進，速度恢復(fù)，不久后后停機。經(jīng)研究決定采用氣壓法換刀，對本方法進行嘗試。 （2）換刀計劃及執(zhí)行情況。 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