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一級建造師考試《市政公用工程》精華輔導(41)
三、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%泛普軟件-工程項目管理系統(tǒng)%地層的土特性是:
(1)塑性變形好;
?。?)流塑至軟塑狀;
(3)內(nèi)摩擦?。?/p>
?。?)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);
?。?)透水系數(shù);
(3)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;
?。?)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)驗目視)土砂的坍落度,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。
(三)泥水式盾構(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),擔負著將所有挖出土砂運送到工作井外的任務。
(四)排土量控制
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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