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1、广州地铁复杂地质条件下的土压平衡盾构掘进技术研究论文.freel宽)和支流(80m宽),沥—大区间穿越了312m宽的三枝香水道和505m宽的南珠江。四号线大学城专线穿越了仑头海和官州河。在盾构施工中,盾构机在富水松散地层、断层或江底等地质条件下的掘进速度对其施工安全有着重要影响,因此保证盾构机完好是顺利通过这些不良地层的关键,其技术要点如下:①过江前仔细检查大轴承、盾壳铰接和盾尾的密封状况,以保证设备完好和提高过江安全性,同时及时更换损坏刀具,必要时需要在洞内更换盾尾密封,并保证配件供应和盾构机各
2、系统始终处于正常工作状态,提高掘进速度,避免盾构机在江底作不必要的停留,以降低风险。②施工中注意设置和控制盾构机施工参数,特别是利用声纳法或水压力感应器法等信息化反馈手段,及时摸清江底隆沉情况,以及时调整盾构机施工参数,将其掘进对河床的扰动降到最低。③适当缩短浆液胶凝时间,保证同步注浆质量,减少地层损失。④增加洞内排污设备能力,保证盾尾积水及时排除。3.2盾构机穿越上软下硬地层3.2.1地质条件分析广州地铁地质资料显示,上部多为人工填土或全新统海陆交互沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂;下部为上更新统
3、陆相冲积洪积形成的砂、土层;底部为基岩残积形成的粘性土层。盾构区间大部分在残积土层和岩石风化层中穿过,软硬不均地层现象明显。盾构施工过程中存在的主要问题是盾构掘进控制难度大,工况转换频繁。掘进面上下岩体的完整程度及强度差别较大,容易发生盾构机抬头事故。3.2.2主要施工技术措施①结合地质资料,注意分析盾构机的状态参数,及时发现上软下硬地层,以便采取相应措施。②采用土压平衡或气压平衡模式掘进,必要时注入泡沫或泥浆对碴土改良,以减小刀具及刀盘的磨损。③采取措施,重视盾构的轴线控制和姿态控制:合理利用超
4、挖刀;根据测量数据及时修正千斤顶推力组合;合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。④发现盾构机遇到孤石或硬岩时,降低推进速度和推力,增加刀盘转速,以更好地保护设备和控制轴线。3.3盾构机穿越岩石微风化带3.3.1地质条件分析广州地铁3号线地质钻探资料显示,在天河客运站—华师站区间及大塘—汉溪区间大部分为Ⅲ类以上围岩,部分为IV、V类以上围岩,揭露出抗压强度最大达156MPa的硬岩。其长度范围在50～200m。由于在盾构施工区间范围内硬岩距离短,若采用钻爆法施工,由于上覆土层厚达30m左右,增设竖井施工难度
5、大,又不经济,所以采用盾构直接通过较为合理。盾构机穿越这类岩层时,盾构掘进时主要有以下特点:①掘进速度慢;②刀具磨损大,刀具更换频繁;③轴线控制难度大;④推力增大,有可能引起管片的裂缝;⑤岩石自稳能力强,适合采用敞开式掘进。3.3.2主要施工技术措施①采用单刃滚刀破岩,减少换刀次数与频率,提高施工进度。掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态,确保其不超载。②增加开仓检查的频率,注意量测刀具的磨损情况,在地质条件允许的情况下及时更换磨损的刀具,避免损伤刀盘。③如可能,换刀时启动刀盘伸缩装置,缩短换刀时
6、间并在土仓内更换刀具,减少换刀时间对掘进循环的影响,提高设备利用率。④硬岩段掘进时启动盾构稳定装置,减小盾构机振动和防止盾构机产生超限扭转,使管片受力稳定,确保隧道成形质量和保护管片,防止盾构变形。⑤采用敞开模式掘进,遵循高转速、低扭矩原则选取参数,以提高掘进速度。⑥进入硬岩段掘进前要对盾构机进行一次全面的维修保养,确保盾构机的工作状态良好。3.4盾构机穿越球状风化层3.4.1地质条件分析根据广州地铁工程地质情况调查,地铁三号线如天—华区间、市—番区间多处通过花岗岩球状风化地层俗称“孤石”层,花岗
7、岩单轴抗压强度在160MPa左右。由于风化球岩体的强度远大于周围岩土层的强度,是盾构施工的不利因素。风化球周围岩土层主要为花岗岩强、全风化层,强度差异较大,稳定性差,为Ⅱ、Ⅲ类围岩。由于风化球周围岩体与球状风化岩体本身强度存在较大差距,易造成刀具损坏,甚至会导致刀盘变形,至使整个盾构机瘫痪。上海某隧道公司在深圳地铁施工就是一例,最终不得不采用矿山法贯通隧道后将盾构设备拖出。3.4.2主要施工技术措施①超前钻探或地质雷达物探,以预防为主,提前采取一些诸如地表或洞内爆破等必要的处理措施。②注意观察盾构
8、掘进的异常情况以及掘进参数的异常变化,判断是否碰上球状风化岩体。一旦发现推力加大时,盾构进尺缓慢或停滞不前,应立即停机,切不可贸然推进。③向土仓内加入气压以稳定工作面,采用高转速、低扭矩、低推力谨慎掘进。④如球状风化岩体在软地层随刀盘一起滚动,可利用地质超前钻机对周围软地层予以加固,然后进行掘进。⑤如上述措施不能奏效,则采取以下措施:1)在开挖面稳定(或地层加固后稳定)情况下遇到孤石时,采用静态爆破的方法;2)遇到长距离(≥100m)硬岩段或球状风化群体,根据目前盾构机技术水平,并
