地铁盾构穿越岩溶区域技术探究

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1、地铁盾构穿越岩溶区域技术探究（中铁四局集团有限公司安徽合肥230022）摘要：岩溶地层主要分布在我国广西、云南、贵州等地,由于地层的长期作用，易形成溶洞。地下岩溶的地层情况具有复杂性，不可预见性和危险性等特征，给地铁施工过程中带来了较大的困难和风险。如果岩溶区域不加以预处理措施,盾构施工过程中很可能会发生地表塌陷和盾构机的突陷溶洞现象，给工程带来巨大的施工危险和经济损失。本文根据岩溶的不同特征，对地铁隧道穿越岩溶区域做了较为详细的技术研究，以供参阅。关键词：地铁盾构；岩溶施工；技术研究1技术特点

2、盾构机穿越岩溶前，首先必须探明溶洞的具体分布以及类型特征，确定溶洞所处地层位置及大小，避免方案措施制定的盲目性，为岩溶处理措施提供科学的依据。同时针对溶洞的处理，应选用科学、有效的预处理措施，降低了施工风险、减少经济损失的同时，还应具有简单实用，效率高，可靠性好，易于验证及经济性好等优点。此外，盾构机穿越岩溶地层前，需对盾构机作合理的适应性调整，提高功效。最后以科学、合理的盾构参数确保盾构机姿态的准确性及管片的拼装质量。2工艺原理岩溶地层特性与分布情况采用高密度电法及钻孔取芯的方法。针对岩溶大小

3、、分布及类型，并制定针对性处理措施，结合盾构机的优化、盾构参数的合理设定等一系列的技术措施，确保盾构机快速、顺利的穿越岩溶区，效果突出，经济效益显著。3施工工艺要点3.1溶洞范围、具体分布及类型的确定采用高密度电法对岩溶区进行勘测，确定溶洞的位置及形态，并形成准确、可靠的岩溶分布平面及剖面图。另外在溶洞区域进行探孔作业（孔距一般为3.5mx3.0m布置），进一步确定溶洞的类型及与盾构隧道的位置关系。根据探孔结果显示出溶洞类型。3.2溶洞处理方案根据高密度电法、钻孔取芯结果判断岩溶地层特性与分布情

4、况，并判断溶洞大小及类型，根据溶洞与隧道的位置关系，确定处理范围如下：⑴隧道顶部溶洞：处理隧道顶部6m范围内溶洞。⑵溶洞位于隧道洞身：处理隧道周边3m范围内溶洞。⑶溶洞位于隧道底部：处理隧底10m范围内的溶洞。根据溶洞类型、特性，确定处理范围如下：(1)溶洞无充填或半充填类型时，且溶洞顶板与隧道底板距离小于10m，上至溶洞顶板以上1m，下至溶洞底板下1m采用预加固措施填充。⑵溶洞全充填类型时，且溶洞顶板与隧道底板距离小于6m,填充溶洞顶板以上1m,隧底下5m范围。⑶溶洞洞高大于2m的无充填溶洞，

5、采用高压投砂法加固；半充填、全充填溶洞，直接灌浆处理；对于半边状、串珠状溶洞，采用袖阀管注浆填充。3.3盾构机的适应性调整⑴盾构机的选型针对岩溶地层地质条件，投入的盾构机应具备以下功能:%1采用了高强度和刚度的刀盘结构，能较好地避免在不均匀的地层中刀盘结构变形。②采用盘形滚刀、羊角刀和刮刀等相结合的复合式刀布置，可以同时挖掘软土和硬岩，各种刀具的高度经过充分研究和精确计算，理论可以掘进150Mpa岩层。③考虑在掘进过程中要经常更换刀具，各种刀具都设计成背装式，即刀具的拆装都在刀盘后面的土仓内进行

6、，非常方便和安全。④采用泡沫注入系统，通过向刀盘前注入泡沫可起到降低温度、减小阻力和刀盘扭矩，防止粘土结饼现象等作用。⑵刀具的配置岩溶地层主要采用土压平衡盾构机，面板式刀盘，开口率30%,主要配置32把单刃滚刀、6把双刃滚刀，40把刮刀，理论可以掘进150Mpa岩层，同时适应软土地层。⑶刀盘优化、渣土改良及螺旋机改造%1由于□「层岩石直径较大，为防止岩石卡住螺旋机，在刀盘开口处焊接钢板格栅，降低刀盘开口率，控制进入仓内的岩石大小。%1通过注浆泵向掌子面、土仓内及螺旋输送机内喷射含水量较大的泡沫，

7、降低渣土的黏性，使渣土具有良好的流动性，防止岩石在仓内形成泥饼，加快出土速度。注入的泡沫量一般为35L/mo注入泡沫剂和水可以冷却刀具，同时可以减少刀具连续工作状态下的磨损量。在泡沫剂作用下，增加刀盘作用在掌子面上的有效扭矩。%1增大螺旋机出土口直径，防止岩石卡住出土口，避免出现无法出土、渣土堆积等现象。⑷盾构掘进参数盾构机进入岩溶地层，根据覆土厚度设置土仓压力PoP值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为PO,PO=Y•h（丫-土的平均重度,h-刀盘中心至地表的

8、垂直距离），则P=K•PO（K-土的侧向静止土压力系数）b推力应控制在1200t以内、刀盘扭矩控制在1.5MN?m以内，推进速度控制在10~20mm/min、刀盘转速设定为1.3~1.5r/min,注浆量控制在5方适当提高水泥用量以缩短同步浆液初凝时间。⑸盾构姿态控制盾构在岩溶区正常掘进过程中，因严格按已设定盾构参数进行推进，同时还应做好以下措施：%1控制好盾构姿态，避免盾构大幅纠偏、上浮、叩头、后退等现象发生；%1保持盾构开挖面的稳定，防止欠压、过压推进，严格控制螺旋出土器出土量与盾构推进速度