Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Под воздействием давления окружающего грунта тюбинг деформируется, при этом тюбинг воздействует на окружающий грунт в противоположном направлении. Деформация грунта – комплексное проявление взаимодействия грунта и тюбинга. Из-за строительных факторов, таких как трамбование грунта во время продвижения щита и залив тампонажным раствором хвостовой оболочки щита, в окружающем пласте образуется зона избыточного порового давления воды. Затем избыточное поровое давление рассеивается и становится нормальным, во время этого процесса происходит выжимание воды или сближение грунтовых частиц, что приводит к осадкам грунта (консолидации грунта). После первичной консолидации грунта он снова подвергается длительному компрессионному сжатию. Уплотнение продолжается в результате ползучести твердых частиц грунта, что называется вторичной консолидацией грунта. В мягких пластичных и текучих грунтах с большим коэффициентом пористости и высокими показателями чувствительности вторичная консолидация часто длится несколько лет, а коэффициент вторичной консолидации может достигать 35%.

(5) Движение щита назад.

Когда процесс проходки останавливается, домкрат из-за утечки масла может вернуться в свое первоначальное положение, в результате чего щит может откатиться назад, приводя к осадкам или разрыхлению грунта в месте забоя.

(6) Обделка туннеля может привести к большой осадке грунта. Кроме того, если в обделке туннеля есть течь и вода попадает на мягкий грунт, это вызовет его оседание.

(7) Изменение направления движения щитовой проходки.

Если щит движется неровно, меняется уклон щита, щит поднимается или опускается, то фактический участок выемки представляет собой не круг, а эллипс, что приводит к осадке грунта. Чем больше угол отклонения между осью щита и осью туннеля, тем больше степень разрыхления и перебора грунта и, как следствие, осадки грунта.

3) Свойства глинистых растворов

Основной метод поддержания стабильности забоя при помощи глинистого раствора заключается в том, что глинистый раствор проникает в пласт под действием осмотического давления, в результате чего происходит кольматация пор пласта твердыми частицами глинистого раствора и образуется гидрофобная пленка. Гидрофобная пленка создает избыточное давление и тем самым удерживает частицы грунта на поверхности стенок туннеля. В процессе продвижения проходческого щита пленка проходит следующий цикл: «образование – затвердевание – разрушение – образование». Таким образом, стандарт для оценки качества глинистого раствора с точки зрения уменьшения осадок грунта таков: количество глины, просочившейся в пласт, должно быть низким, а толщина гидрофобной пленки и скорость ее образования должны обеспечивать постоянную стабильность забоя перед исполнительным органом щита во время проходки туннеля.

Из-за того, что диаметр ротора немного больше диаметра корпуса щита, между корпусом щита и грунтом может появляться свободный зазор. Этот зазор заполняется глиной и частью осевшего грунта. Если возможно увеличить текучесть этой части грунта и уменьшить трение и давление головки щита на окружающий пласт, то осадки грунта уменьшатся.

4) Давление синхронного цементирования

Степень компенсации вспучивания поверхности земли ?s при прохождении хвостовой части щита является функцией, которая определяется толщиной земляного покрова, геологическими параметрами, наружным диаметром тюбингов D2 и коэффициентом избыточного давления синхронного цементирования ?P/Pстатичный. Зависимость между давлением синхронного цементирования и оседанием поверхности земли получается на основе выводов формулы Пика (Peck):

(3-45а),

(3-45b),

(3-45c),

где: D y – эквивалентный радиус избыточного давления;

m – коэффициент коррекции избыточного давления.

5) Прочие параметры проведения работ

Толкающее усилие резцовой головки является одним из важных факторов поддержания стабильности забоя, поэтому выбор правильной величины этого усилия является сложной задачей. Как правило, в процессе строительства установка давления разреза не принимаются во внимание, а служат лишь в качестве предохранительных запасов. На самом деле, в процессе проходки туннеля не следует пренебрегать значением резцовой головки относительно поддержки забоя. То, как резцовая головка выполняет функцию поддержания устойчивости забоя, играет важную роль в уменьшении возмущения массива грунта.

Что касается скорости продвижения, то степень возмущения грунтовых масс в процессе проходки будет увеличиваться в зависимости от времени прохождения. Оседание поверхности земли, вариации состава почвы создают определенное отставание, поэтому увеличивая скорость продходки, можно уменьшить степень возмущения на массив грунта.

3.3.3. Способы прогнозирования смещения пластов