2012年一級《市政工程》：開挖控制

　　開挖控制

　　開挖控制的根本目的是確保開挖面穩(wěn)定。

　　土壓式盾構(gòu)與泥水式盾構(gòu)的開挖控制內(nèi)容略有不同。土壓式盾構(gòu)，以土壓和塑流性改良控制為主，輔以排土量、盾構(gòu)參數(shù)控制（見圖1K413021-1）。泥水式盾構(gòu)，以泥水壓和泥漿性能控制為主，輔以排土量控制（參見圖1K413021-2）。

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　　開挖面的土壓（泥水壓）控制值，按地下水壓（間隙水壓）土壓預(yù)備壓設(shè)定。

　　土壓有靜止土壓、主動土壓和松弛土壓，要根據(jù)地層條件區(qū)別使用。按靜止土壓設(shè)定控制土壓，是開挖面不變形的最理想土壓值，但控制土壓相當(dāng)大，必須加大設(shè)備裝備能力。主動土壓是開挖面不發(fā)生坍塌的臨界壓力，控制土壓最小。地質(zhì)條件良好、覆土深、能形成土拱的場合，可采用松弛土壓。

　　變動大的情況下，一般開挖面不穩(wěn)定。

　　（二）土壓式盾構(gòu)泥土的塑流化改良控制

　　1．土壓式盾構(gòu)掘進時，理想|來源地層的土特性是：

　?。?）塑性變形好；

　　（2）流塑至軟塑狀；

　?。?）內(nèi)摩擦小；

　　（4）滲透性低。

　　細顆粒（75／Jm以下的粉土與黏土）含量30％以上的土砂，塑性流動性滿足要求。在細顆粒含量低于30％、或砂卵石地層，必須加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流動性和止水性（參見圖1K413021-4）。

　　改良材料必須具有流動性、易與開挖土砂混合、不離析、無污染等特性。一般使用的改良材料有礦物系（如膨潤土泥漿）、界面活性劑系（如泡沫）、高吸水性樹脂系和水溶性高分子系四類（我國目前常用前二二類），可單獨或組合使用。

　　2．選擇改良材料要依據(jù)條件

　?。?）土質(zhì)（粒度分布、礫石粒徑、礫石含量、黏性土含量、均等系數(shù)等）；

　　（2）透水系數(shù)；

　?。?）地下水壓；

　?。?）水離子電性；

　?。?）是否泵送排土；

　?。?）加泥（泡沫等）設(shè)備空間（地面、隧道內(nèi)）；

　?。?）掘進長度；

　　（8）棄土處理條件；

　?。?）費用（材料價格、注入量、材料損耗、用電量、設(shè)備費等）。

　　3．流動化改良控制是土壓式盾構(gòu)施工的最重要要素之一，要隨時把握土壓倉內(nèi)土砂的塑性流動性。一般按以下方法掌握塑流性狀態(tài)。

　?。?）根據(jù)排土性狀

　　取樣測定（或根據(jù)經(jīng)驗?zāi)恳暎┩辽暗奶涠?，以把握土壓倉內(nèi)土砂的流動狀態(tài)。采用的坍落度控制值取決于土質(zhì)、改良材料性狀與土的輸送方式。

　?。?）根據(jù)土砂輸送效率

　　按螺旋輸送機轉(zhuǎn)數(shù)計算的排土量與按盾構(gòu)推進速度計算的排土量進行比較，以判斷開挖土砂的流動狀態(tài)。一般情況下，土壓倉內(nèi)土砂的塑性流動性好，盾構(gòu)掘進就正常，兩者高度相關(guān)。

　?。?）根據(jù)盾構(gòu)機械負荷

　　根據(jù)刀盤油壓（或電壓）、刀盤扭矩、螺旋輸送機扭矩、千斤頂推力等機械負荷變化，判斷土砂的流動狀態(tài)。——般根據(jù)初始掘進時的機械負荷狀況和地層變化結(jié)果等因素，確定開挖土砂的最適性狀和控制值的容許范圍。

　?。ㄈ┠嗨蕉軜?gòu)的泥漿性能控制

　　泥水式盾構(gòu)掘進時，泥漿起著兩方面的重要作用：一是依靠泥漿壓力在開挖面形成泥膜或滲透區(qū)域，開挖面土體強度提高，同時泥漿壓力平衡了開挖面土壓和水壓，達到了開挖面穩(wěn)定的目的；二是泥漿作為輸送介質(zhì)，擔(dān)負著將所有挖出土砂運送到工作井外的任務(wù)。

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　　1．開挖土量計算

　　單位掘進循環(huán)（一般按一環(huán)管片寬度為一個掘進循環(huán)）開挖土量Q，一般按下式計算：

　　2．土壓式盾構(gòu)出土運輸方法與排土量控制

　　土壓式盾構(gòu)的出土運輸（二次運輸）一般采用軌道運輸方式。

　　土壓式盾構(gòu)排土量控制方法分為重量控制與容積控制兩種。重量控制有檢測運土車重量、用計量漏斗檢測排土量等控制方法。容積控制一般采用比較單位掘進距離開挖土砂運土車臺數(shù)的方法和根據(jù)螺旋輸送機轉(zhuǎn)數(shù)推算的方法。我國目前多采用容積控制方法。

　　3．泥水式盾構(gòu)排土量控制

　　泥水式盾構(gòu)排土量控制方法分為容積控制與干砂量（干土量）控制兩種。

　　容積控制方法如下，檢測單位掘進循環(huán)送泥流量Ql與排泥流量Q2，按下式計算排土體積Q3：

　　一般表示涌水（由于泥水壓低，地下水流人）。正常掘進時，泥漿流失現(xiàn)象居多。

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