6) Во время осуществления различных технологических этапов щитовой проходки, с целью предотвращения оседания поверхности, возможно проведение следующих целенаправленных мероприятий:

(1) Начало и завершение щитопроходной работы

Для уменьшения трения между щитом и окружающей породой в процессе прохождения, конструкция щита спроектирована с увеличением размера во фронтальной части и уменьшением в хвостовой части. Размер зоны проходки резцовой головкой превышает внешний диаметр щита, подземные воды в зоне рабочей плоскости забоя могут вытекать в направлении хвостовой части щита. Таким образом, необходимо прежде всего обеспечить хороший уровень герметичности резиновых затворных уплотнений в стартовой и финальной точках пробития, а вслед за этим, после того как хвостовая часть покинет тюбинг, необходимо своевременно начать заполнение бетонирующей суспензией.

(2) Замена резов резцовой головки в процессе проходки

При определенном износе резца резцовой головки во время проходки, либо для адаптации к различным грунтовым пластам, необходимо производить замену резца. Замена резца, как правило, производится в состоянии пониженного давления, так как в этот период высока вероятность дестабилизации забоя, обрушения и деформации фундаментов. Значит, необходимо производить замену в местах проходки, обладающих подходящими для этого геологическими условиями и соответствующими условиями на поверхности, либо предварительно осуществлять укрепление пласта, либо производить определенные мероприятия, такие как работа сжатым воздухом и т. д., и только после этого производить замену резца.

(3) Прохождение под особыми защищаемыми строениями

При прохождении вблизи важных защищаемых строений, особо чувствительных к деформации основания, при недостаточном контроле есть опасность их разрушения вследствие оседания, либо вспучивания поверхности земли. При прохождении под такими строениями необходимо усилить контроль за проведением работ. С целью обеспечения защиты наземных строений и безопасности подземных коммуникаций, прежде всего, следует произвести геодезический мониторинг работ, на основании которого разработать список мероприятий по контролю оседания поверхности земли и способов защиты окружающего пространства. Необходимо минимизировать степень нарушения, оказываемого на забой, в ходе работ избрать гибкие, быстрые и рациональные способы поддержки фронтальной поверхности, либо соответствующие значения давления сжатого воздуха для предупреждения обрушения грунтовой массы, тем самым защитить забой от излишнего воздействия. Следует строго контролировать объем выходящего грунта в процессе проходки. Во избежание излишней проходки, следует контролировать степень корректировки отклонения при продвижении щита на одно звено. Также следует увеличивать скорость работ, обеспечивать их непрерывность и т. д. Помимо этого, заполняя хвостовой технологический зазор бетонирующей суспензией под давлением, необходимо, насколько это возможно, сократить время обнаженного состояния обделки после отхода от нее хвостовой части щита, тем самым предупреждая обрушение пласта, обеспечивая необходимый количественный показатель и контроль давления цементирования. Также как и в других сферах подземного строительства, способы защиты близлежащих строений можно подразделять на: переукрепление основания, усиление конструкции, укрепление основания, перегораживание и замораживание и др.

3.3.5. Применение заполнителя Clay-Shock / GMEM (Grammud Effect Material) для контроля оседания

1) Состав и применение заполнителя GMEM

Заполнитель GMEM представляет собой порошкообразное вещество, состоящее из синтетических глинистых минералов на основе кальция, коллоидного стабилизатора и сложных диспергирующих агентов. Данный материал смешивают с определенной долей воды, образуя суспензию, затем смешивают с жидким стеклом в определенной пропорции и производят перемешивание. После схватывания материал не поддается воздействию воды, получая определенные удерживающие свойства и, при низкой твердости, превращается в вязкую, никогда не затвердевающую, массу.

Оседание грунтовых пластов, вызванное щитовой проходкой, включает в себя пять стадий. Как показано на рис. 3-20: первичное оседание (раннее оседание), оседание по прибытии щита (проходческое оседание), оседание при прохождении щита, оседание при покидании тюбинга хвостовой частью щита (оседание в зоне хвостового зазора), а также позднее оседание (последующее оседание).

Метод работ с заполнителем GMEM в основном используется для устранения оседания на стадии 3, также помогает эффективно контролировать оседание на стадии 4. Такой способ особенно полезен в процессе проходки под зданиями со слабым основанием, железными дорогами, трубопроводами и в неглубоких слоях. Данный способ использовался при: строительстве ветки № 8 Уханьского метрополитена с применением щита крупного диаметра, проходящего сквозь жилые районы;

при строительстве ветки № 7 Уханьского метрополитена от ул. Сянган до Ханькой Ань, проходящего через группы зданий;

при строительстве ветки № 7 Уханьского метрополитена под 27-й секцией железной дороги;

при прохождении под зданиями во время строительства туннеля Qinghua Garden Пекинской железной дороги Zhangjiako;

при прохождении под группой свайных фундаментов микрорайона Zhenghe во время строительства ветки № 5 метрополитена г. Чженчжоу; а также на более чем 50 объектах щитопроходного строительства по всему Китаю.

Рис. 3-19. Определение параметра потери грунта после проходки GAP

2) Применение заполнителя GMEM и анализ оседания на стадии прохождения щита

В процессе щитовой проходки снаружи корпуса щита в результате проходки образуется зазор, который может вызывать оседание грунтовых масс, особенно в условиях мягких пород неглубоких слоев, либо при прохождении под строениями. Для уменьшения степени нарушения вышележащего грунта, зазор заполняется различными материалами, что позволяет контролировать оседание грунта. Эти заполняющие материалы должны обладать следующими характеристиками:

(1) Материал должен обладать достаточной текучестью. Если материал не обладает хорошей текучестью, то он не может полностью заполнить все пространство зазоров вокруг корпуса щита, и не сможет создать эффективную обволакивающую защиту. Если же заполнять зазор другими пластичными материалами, они будут лишь растекаться по корпусу щита; при этом будет сложно контролировать давление заполнения и будет высока вероятность вспучивания грунтовой массы. Особенно при прохождении под опасными участками с плохим основанием: опасность вспучивания грунтовых масс может превышать опасность оседания.

(2) После заполнения зазора заполняющий материал должен создавать определенное удерживающее усилие, чтобы сдерживать оседающую грунтовую массу. Однако прочность сопротивления такого материала должна быть низкой, так как при высокой твердости значительно возрастет нагрузка на щит, что приведет к застреванию щита.

(3) Материал, после схватывания и образования пластичности, должен обладать определенной влагостойкостью, чтобы противостоять размыванию водой.

(4) Материал должен обладать определенной лубрикационной способностью, чтобы гасить сдвиговые колебания при разрезании и облегчать тяговую нагрузку на щит.

Заполнитель GMEM абсолютно удовлетворяет всем вышеперечисленным условиям и обладает следующими характеристиками и преимуществами:

(1) Заполнитель GMEM является бетонирующим материалом, состоит из двух жидкостных компонентов: при проведении работ, прежде всего заполнитель GMEM в виде порошка смешивают в определенной пропорции с водой, образуя суспензию, затем перемешивают ее с жидким стеклом, одновременно закачивая в зазор вокруг корпуса щита, заполняя его. Спустя 4 ~ 5 секунд после заполнения начинается пластификация и схватывание, так что материал, обладая хорошей текучестью во время процесса заполнения, эффективно достигает всех зон зазора.