Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

N s будет менее 6, когда строительство туннеля не будет очень сложным. В щитовой конструкции, чем выше значение Ns, тем выше вероятность проникновения глины в хвостовой зазор щита. Когда N s приближается к 7, щит становится трудно контролировать. Когда опорное давление высокое, оно часто вызывает поднятие поверхности и увеличивает просадку в дальнейшем, поэтому коэффициент устойчивости должен контролироваться в определенном диапазоне в соответствии с грунтовыми условиями. Ns определяется по следующей формуле:

(3-44),

где: ? z – общее вертикальное давление в центре туннеля на глубине заглубления;

? r – опорное давление туннеля (включая давление воздуха);

c u – прочность грунта на сдвиг без деформации.

(3) Свойства почвы

Такие свойства, как сжимаемость и прочность грунта, также оказывают важное влияние на смещение грунта.

(4) Влияние характеристик щита

Несбалансированное давление воды и грунта на забой, снижение режущей способности и тяги приведут к обрушению забоя и чрезмерной выемке грунта, отклонения в проходке туннеля приведут к увеличению прицепных пустот, а чрезмерный крутящий момент резания и тяга щита на забое вызовут нарушение грунта.

(5) Влияние качества обратной засыпки цементирования и эксплуатационного качества

На смещение грунта влияют целесообразность и своевременность цементации обратной засыпки, качество сборки тюбингов, умеренность давления грунта, хорошее управление положением при продвижении щита, наличие отклонений и рывков, разумность процедуры строительства, квалификация и опыт строительного персонала и т. д.

2) Свойства грунтов при проходке туннелей

Источниками осадок грунта при щитовой проходке являются: изменение состояния грунта вследствие продвижения щита, упругопластические деформации грунта из-за вибраций в туннеле или величины среза при наклоне ротора. Далее приводится краткое описание причин осадок грунта:

(1) Движение грунта на поверхности забоя. Под воздействием щита напряжение грунта меняется, что приводит к движению грунта, особенно на поверхности забоя. Во время проходки горизонтальное опорное напряжение, оказываемое на грунтовые массы забоя, больше или меньше исходного бокового давления, поэтому грунт над передней частью забоя может оседать вниз или вспучиваться вверх.

(2) Нарушение структуры пласта приводит к движению грунта. К причинам нарушения структуры пласта относятся зазоры между зданиями, избыточная или недостаточная экскавация или другие причины потери грунта, а именно:

1. Сдавливание грунта перед щитом.

2. Свободные зазоры в грунте из-за разницы диаметров щитового корпуса и смонтированного тюбинга.

3. Изменение уклона щита приводит к избыточной экскавации. Например, изменение уклона щита меняет направление движения проходческого щита, что приводит к восходящему или нисходящему уклону, избыточной экскавации и увеличению зазора в хвостовой части щита.

4. Потеря грунта в связи с кривизной проходки.

5. Избыточная экскавация выступами ножевого кольца в процессе проходки.

6. Вдавливание грунта в зазор хвостовой части щита. После выхода тюбинга из хвостовой части щита между стеной забоя и внешним краем тюбинга образуется зазор. В случае несвоевременного нагнетания тампонажного раствора, недостаточного количества раствора или давления нагнетания окружающий грунт теряет равновесие в трех измерения и смещается в данный зазор, что приводит к проседанию грунта. В неустойчивых водоносных породах это является наиболее распространенной причиной просадки грунта. Когда слой глины приклеивается к внешней оболочке щита, зазор между тюбингом и грунтом значительно увеличивается. Если не увеличить количество тампонажного раствора, то это неизбежно приведет к усилению просадки грунта.

(3) Просадки грунта происходят по причине того, что из-за продвижения щита давление воды в порах грунта изменяется или уровень грунтовой воды снижается из-за уменьшения количества атмосферных осадков.

(4) Деформация тюбинга, вторичная консолидация и изменение состояния грунта (особенно в мягких водонасыщенных грунтах).