克泥效工法

  克泥效工法近年來，在盾構(gòu)施工沉降控制中的應(yīng)用經(jīng)統(tǒng)計(jì)有300多施工案例，在盾構(gòu)下穿樓房、鐵路、既有線、管線等構(gòu)筑物沉降控制效果明顯，涉及的地層有淤泥質(zhì)粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土、粉土、濕陷性黃土、砂卵石、強(qiáng)風(fēng)化等。

一、克泥效材料

  “克泥效”材料是由合成黏土礦物、膠體穩(wěn)定劑和分散劑合成的一種粉劑材料。該材料與水按照比例拌合成漿液后，與水玻璃混合攪拌，能膠結(jié)成不易被水稀釋、有一定支撐力、低強(qiáng)度的不凝固的黏土。

克泥效粉劑拌合的A液漿與B液（水玻璃）膠結(jié)之后的狀態(tài)

  克泥效與水玻璃形成的粘土十字板剪切實(shí)驗(yàn)

二、克泥效在盾構(gòu)施工沉降控制中的應(yīng)用

1.盾構(gòu)施工過程中的五個(gè)沉降階段分析

如上圖所示：

第一階段沉降：盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前的沉降

  盾構(gòu)到達(dá)前，盾構(gòu)推進(jìn)土壓力波動、地下水位下降等因素產(chǎn)生土體固結(jié)或者失水引起的沉降。

第二階段：盾構(gòu)到達(dá)時(shí)沉降（刀盤上方沉降）

  盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)，開挖面水土壓力不平衡，造成地層的隆起或下陷。

第三階段：盾構(gòu)機(jī)通過時(shí)的沉降

  盾構(gòu)機(jī)開挖直徑大于盾尾直徑，造成盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中殼體外會產(chǎn)生間隙，從而使盾構(gòu)機(jī)殼體上方土體發(fā)生沉降；此外，圍巖土體之間剪切的錯(cuò)動造成的擾動，也會發(fā)生沉降。

第四階段：盾構(gòu)機(jī)盾尾脫出管片時(shí)的沉降

  由于圍巖土體失去支撐后，管片背面沒有及時(shí)注入漿液或者注入的飽和度不夠，導(dǎo)致間隙沉降。

第五階段：工后沉降

  前期土層擾動固結(jié)引起的沉降；同步注漿散失引起的沉降。

2.盾構(gòu)機(jī)通過時(shí)的沉降分析與“克泥效”的應(yīng)用

  盾構(gòu)機(jī)外殼外表面存在因?yàn)榈侗P超挖產(chǎn)生的間隙。土體在自重的因素下，容易產(chǎn)生下陷，尤其軟弱地層淺覆土施工或盾構(gòu)機(jī)下穿構(gòu)筑物時(shí)，為減少上方土體擾動，在間隙填充一些材料可以控制土體的沉降，這些填充材料應(yīng)具備以下特征：

（1）材料在必須有良好的流動性。如材料缺乏良好的流動性，就無法流淌到盾構(gòu)機(jī)外殼所有的間隙，不能進(jìn)行對盾構(gòu)機(jī)外殼進(jìn)行有效包裹。而如果用塑性材料直接向盾構(gòu)機(jī)外殼外間隙壓注，材料只能在盾構(gòu)機(jī)外殼徑向周圍局部擴(kuò)散，注入壓力難以控制，并且容易造成土體隆起。在下穿基礎(chǔ)差的的構(gòu)筑物時(shí)，土體隆起的危害往往會大于土體下陷的危害。

（2）材料填滿間隙后，材料應(yīng)具有一定承載力，以支撐住土體的下陷。但該材料強(qiáng)度要低，如果強(qiáng)度高，會大幅度增加盾構(gòu)機(jī)推力和卡住盾構(gòu)機(jī)，還會造成盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難以控制的問題。

（3）材料應(yīng)具有一定的防水性，不易被水稀釋。

（4）需要有一定潤滑性，減少盾構(gòu)機(jī)殼體與土體之間剪切的錯(cuò)動，降低盾構(gòu)機(jī)推力。

盾構(gòu)機(jī)殼體外的間隙

3．“克泥效”材料能夠完全滿足上述要求的條件，其特點(diǎn)和優(yōu)勢如下：

（1）“克泥效”是一種雙液注漿材料：在施工時(shí)，先將克泥效粉料與水按一定比例拌合成漿液，然后與水玻璃邊混合邊向盾構(gòu)機(jī)外殼外間隙進(jìn)行填注，填注后4—5秒鐘開始開始塑化膠結(jié)，混合液在填注時(shí)流動性很強(qiáng)，極易對盾構(gòu)機(jī)外殼外間隙進(jìn)行有效填充。

（2）在填注20-30秒后“克泥效”材料開始塑化膠結(jié)成塑狀黏土。在應(yīng)用于沉降控制時(shí)，“克泥效”膠結(jié)后的膠化體黏度一般可通過配比調(diào)整在300-350dPas（牙膏300 dPas；發(fā)蠟400 dPas）。強(qiáng)度比較低。

（3）膠結(jié)后的“克泥效”材料不易被水稀釋，且具有一定潤滑性，有利于盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)；

（4）盾構(gòu)機(jī)外殼外的材料填充，有效的阻隔了同步注漿串漿到刀盤；盾構(gòu)機(jī)殼體外形成的克泥效泥膜會與土層膠結(jié)在一起，減少了盾構(gòu)同步注漿的漿液滲透到土層中，使同步注漿能達(dá)到更好的填充作用，從而達(dá)到輔助第四階段的沉降控制效果。

克泥效注漿設(shè)備

4.盾構(gòu)機(jī)殼體外克泥效漿液填充間隙計(jì)算

D₁刀盤開挖直徑

D₂盾尾直徑

α填充系數(shù)（填充系數(shù)是根據(jù)不同的地質(zhì)與克泥效漿液配比的不同而做選擇，克泥效配比是根據(jù)地質(zhì)和盾構(gòu)機(jī)殼體外的間隙做調(diào)整）

5.案例介紹

  臺灣桃園機(jī)場捷運(yùn)CU02A標(biāo)盾構(gòu)機(jī)下穿機(jī)場跑道

  項(xiàng)目概況：

  桃園機(jī)場捷運(yùn) CU02A 標(biāo)位于桃園縣大園鄉(xiāng)，東起南崁溪東側(cè)之明挖覆蓋隧道，穿越南崁溪后進(jìn)入桃園機(jī)場下方，穿越東、西滑行道并經(jīng)過一、二航站及塔臺等，西至埔心溪西側(cè)明挖覆蓋隧道，全長約5 km 皆為地下工程，其中包含 3 座地下車站站體擋土開挖、10條盾構(gòu)隧道(上、下行各5 段)及5 處明挖覆蓋隧道。該項(xiàng)目采用8臺6.24土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。下穿機(jī)場跑道段卵礫石地質(zhì)，水位為-8米，隧道頂部覆土約25米。

  盾構(gòu)正常掘進(jìn)時(shí)，前方和中心沉降量在1.3毫米左右；掘進(jìn)到57環(huán)時(shí)由盾構(gòu)機(jī)中盾12點(diǎn)位置的徑向孔注入克泥效材料，經(jīng)過15環(huán)左右的盾構(gòu)機(jī)殼體填充，沉降值控制在0.2-0.3毫米。

克泥效注漿

克泥效工法2019年在國內(nèi)應(yīng)用典型案例

1. 昆明地鐵四號線：中鐵五局施工，中國中鐵2019年一大風(fēng)險(xiǎn)源，砂卵石地層小間距下穿既有線  
2. 佛莞城際：中鐵二十局施工，8.8米盾構(gòu)下穿100米樓房，上軟下硬地層
3. 長沙地鐵6號線：中交一公局施工，底部中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，上部強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖
4. 杭州杭海城際：中鐵四局施工，淤泥質(zhì)粘土，下穿既有線
5. 鄭州地鐵17號線：中鐵八局施工，粉質(zhì)粘土層，下穿鐵路
6. 徐州地鐵2號線：中鐵十四局施工，粉質(zhì)粘土/砂卵石，長距離淺覆土下穿樓房

總結(jié)：克泥效除了在沉降控制中應(yīng)用之外，在盾構(gòu)始發(fā)與接收時(shí)止水、帶壓與常壓開倉泥膜建立、停機(jī)保壓等方面應(yīng)用也比較廣泛。