全断面强富水砂层土压平衡盾构施工技术

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1、全断面强富水砂层土压平衡盾构施工技术 摘  要: 以哈尔滨地铁为例，详细介绍了土压平衡盾构在强富水砂层的施工控制措施及实施过程中遇到的问题和解决方法。关键词: 土压平衡;盾构;富水砂层 引言     伴随着施工技术的发展，盾构法施工以其安全性和高效性已成为城市地铁隧道施工的主流工法。其中土压平衡盾构又以其适用范围广、占地省、成本低的特点，占据了其中绝大部分的份额。但是，当地层稳定性较差、含水量较大，渗透性较强时，土压平衡盾构往往难以建立土压平衡，施工风险大，甚至无法掘进。因此，如在上述地层采用土

2、压平衡盾构掘进，需采取特殊的处理措施和施工手段，以确保施工顺利进行。本文以哈尔滨地铁一区间为例，对全断面富水砂层土压平衡盾构施工技术进行了详细的介绍。 1 工程实例分析     哈尔滨地铁一号线9标段包含两站两区间，施工场区地处松花江古河滩，区间隧道底板主要在A3中砂层上，局部在A3T2粉砂层上。盾构施工断面穿越的地层主要为稍密的A2层粉砂和中密的A3层中砂，局部为中密的A3T2层粉砂。根据地勘报告显示，该层属空隙微承压含水层，该含水层水平渗透系数为64．5m/d，属强透水层，水量丰富，该含水层

3、与松花江主河道水力联系密切。     哈尔滨地区冬季寒冷漫长，地质条件差，沿线老建筑物、管线较多，如何保证土压平衡盾构在该地层的安全顺利掘进成为项目成败的关键。 2 施工风险分析     根据国内类似地层土压平衡盾构施工经验结合本标段的具体情况进行分析，确定本标段盾构施工存在的风险:(1)既有盾构适应性的风险;(2)始发、到达涌水坍塌的风险;(3)加固段掘进土舱壁水泥砂板结无法掘进的风险;(4)掘进中喷涌的风险;(5)穿越构筑物沉降的风险。 3 施工对策3．1 既有盾构的适应性分析及改造    

4、 本标段采用两台德国维尔特公司的复合式土压平衡盾构机进行施工，既有盾构刀盘设计主要侧重于广州地区的复合地层，刀盘为可安装滚刀的复合式刀盘，开口率为28%。     为适应富水砂层，将中心滚刀改为中心鱼尾刀，其他滚刀刀座安装轻型撕裂刀，并在刀盘辐条空白区焊接了26把先行贝壳刀，在刀盘后部外围合适位置增加一个搅拌棒，以提高刀盘切削土体的能力和土仓内土体的搅拌效果;为降低了刀盘扭矩，减少刀盘与砂土层的摩擦力，确保渣土顺利进入土仓，在刀盘的六个辅臂割洞增加开口率至41%。另增加高分子注入系统，满足砂层施

5、工需要。3．2 始发到达涌水坍塌风险措施     原设计端头加固措施仅采用双重管旋喷进行加固，加固长度为始发端纵向长度为9m，接收端纵向长度为6m。旋喷加固处理对地层的强度、稳定性都会有很大提高，存在的缺陷是施工过程中垂直度、注浆量、压力、均匀性不易控制往往造成咬合部位致密性差止水效果不佳。加上盾构从刀盘到盾尾全长9．6m，盾尾尚未进洞刀盘已出加固区，始发、接收过程洞门涌水几率极大。鉴于此将加固长度变为12m，另外在隧道两侧各加设3口应急降水井。而在靠近洞门一侧，受地墙施工塌孔、扩孔影响，旋喷经

6、常发生偏钻或喷浆受阻现象，导致桩体无法形成交圈，存在渗水通道，国内多数洞门渗漏水事故均由此引起。为防止洞门凿除过程发生洞门涌水，在离围护结构外40cm打设三排间距80cm冷冻管对洞门外地层进行冻结，形成2．2m厚冷冻墙，彻底封闭渗水通道，以确保洞门破除的安全。3．3 加固段防刀盘、舱壁水泥土板结的措施     盾构在粘土层中掘进时易结泥饼，原因是细颗粒附着力强，附着在刀盘、舱壁上的粘土长期在40℃环境下烧结而成。同样道理，在端头加固段水泥土中也会产生类似“泥饼”的水泥砂固结物，一旦出现“泥饼”，

7、会出现扭矩推力大、速度慢，油温升高快、自动跳停等征兆。加上在富水砂层气密性差、气仓不易建立等因素，要进仓清理通常要采取刀盘前另行加固，时间长费用大，可谓劳民伤财。因此加固段掘进必须做到未雨绸缪，鉴于加固段地层较稳定，土仓压力尽量降低，甚至空仓推进，渣土改良剂宜采用泡沫(可适量加点水泥溶解剂)，利用泡沫剂润滑性能来改良减小水泥土层粘性以达到预防结“泥饼”的目的。掘进前和掘进结束后应正反空转几次刀盘，初始掘进宜采取小推力、低转速掘进，并可向土仓内注入一定量的水，并加大检测渣土温度的频率，尽最大力量控

8、制土仓温度。在停机期间也要定时转动刀盘。需注意的是，在加固区进入非加固区时，需及时建立土压平衡，避免地层沉降。另外一方面，如有条件，端头加固应提前进行，使水泥充分水化，也能起到降低加固区内的土仓温度的作用。3．4 掘进过程防喷涌施工措施     富水砂层掘进最易出现喷涌现象，一旦出现，出土量土压力都不易控制导致沉降大，拼装前清理时间长、掘进效率大大降低，隧道内泥水横流、作业环境会变得极为恶劣。要解决喷涌问题，首先要搞清楚喷涌产生的原因，水大是一个方面，渣土保水性差，也就是常说的水土和易性差、水土