土压平衡盾构不满舱掘进开挖面渗透破坏试验研究

为进一步提高土压平衡盾构掘进效率,常采用非满舱掘进模式进行隧道施工。而富水地层中非满舱掘进常常遇到开挖面失稳引起超挖量大等问题,针对非满舱掘进过程中开挖面渗透稳定的问题,结合济南地铁R2线某标段发生的开挖面失稳现象开展研究。首先,通过自制开挖面渗透破坏试验装置研究了渗流条件下非满舱掘进开挖面渗透破坏的条件以及类型。然后,分析了不同渗透破坏类型的出砂规律。最后,按照土体可移动细颗粒含量设置了6种不同级配的地层,探究土体级配与临界水力梯度的关系。研究结果表明:1)渗流作用下,在该地层会发生渗透破坏,其非发展型和发展型渗透破坏发生的临界水力梯度分别为0.5和0.8;2)非发展型渗透破坏出砂质量先增大后逐渐平稳,而发展型渗透破坏的出砂质量持续增大,成渐进破坏的特点;3)建立了可移动填料含量Pf与其临界水力梯度的关系式。

土压平衡盾构不满舱施工遇到的问题及对策

中国土压平衡盾构采用不满舱施工非常普遍,因此施工过程中经常出现一些问题。通过对开挖面压力平衡状态的分析,结合工程实例对开挖面的整体稳定、渣土排出异常、开挖面部分坍塌、壁后注浆窜浆等现象进行讨论,解释其发生的主要原理。提出渣土泥浆化的概念、判断标准,明确其与喷涌的差异,并讨论不满舱施工时窜浆发生过程,给出判断窜浆发生的主要条件,明确发生局部渗透破坏的条件。研究结果表明:即使风化岩等高渗性地层开挖面整体稳定性计算满足不满舱施工的强度要求,也会出现局部渗透破坏甚至开挖面坍塌;不满舱施工开挖面局部渗透破坏等引起的超挖量大、窜浆引起盾尾充填效果差均导致地表沉降过大。基于上述问题产生的原理提出相应措施以维持土舱内压力与地层中土水压力的平衡,研究结果能够为土压平衡盾构施工提供一定技术支撑。