复杂地质条件下的超大直径泥水盾构

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1、复杂地质条件下的超大直径泥水盾构带压换刀技术研究与应用翟世鸿摘要：对于复杂地质条件下的盾构掘进，刀具更换往往不可避免。由于地质的复杂性、多变性和周边条件的局限性，常常无法实施盾构机周边土体加固常压进舱换刀。带压进舱换刀技术以无需地层加固，地质适应性强，对周边环境要求低和影响小等特点，解决了苛刻条件下的换刀难题。为了能实现强渗透地层气压状态下开挖面稳定，采用室内试验对进舱泥膜的气密性进行了研究，研究结果表明：进舱泥膜不仅要在开挖面形成一层致密的不透气泥皮形泥膜，还需在地层中形成均匀的透渗带泥膜，方能达到最佳的闭气效果。关键词：复杂地质条件；超大直径

2、；泥水盾构；带压进舱；换刀Abstract:Fortunnelingincomplicatedgeologicalconditions,changingtoolsareinevitable.Duetothecomplexity,variabilityandlimitationofgeologicalcondition,changingtoolsinnormalpressurewithreinforcementonsurroundingareasofshieldusuallycouldnotbeachieved.However,compressed

3、airwork(changetoolswithpressure),whichhasagoodgeologicaladaptability,canbeappliedwithoutreinforcementonthegroundandsolvetheproblemsthatcomewiththetraditionalwayforchangingtoolsinshieldmachine.Inordertoobtainastabilizedtunnelfaceinthehighpermeabilityreservoirformationsunderpre

4、ssure,testsonthefiltercakeforcompressedairworkwerecarriedout.ResultsshowthatafiltercakewhichcouldprovidegoodsupporttothetunnelfacewasmadeupoftwoParts,oneisacomPactairprooffiltercakeonthetunnelface,andanotheroneisthehighpermeabilityzoneintheground.Keywords:complicatedgeologica

5、lconditions;superlargediameter;slurryshield;compressedairwork;toolchange.1引言自1996年上海延安东路隧道采用11.22m直径的泥水平衡盾构至今，我国已经陆续建成了崇明长江隧道、南京纬七路长江隧道、武汉长江隧道、狮子洋隧道、南水北调穿黄隧道、上海大连路隧道、上海打浦路隧道等超大型盾构隧道，目前在建的超大直径泥水盾构还有南京纬三路长江隧道、南京地铁3号线过江隧道、钱江隧道、瘦西湖隧道等[1~4]。如今，过江及海底隧道呈现出了大直径、长距离、高水压的特点。上软下硬地层长距离掘进

6、对于刀具的寿命提出了更高的要求，在掘进过程中对刀具进行修复或者更换是不可避免的，而由于地质条件本身的复杂性、多变性和周边条件的局限性，在盾构机周围进行土体加固从而实施常压进舱作业往往难以实现[5]。因此，带压进舱技术[6]以无需地层加固，地质适应性强，对周边环境要求低和影响小等特点成为了目前复杂地质条件下泥水盾构更换刀具的优先选择。虽然国内大直径泥水盾构施工已有了很多成功的实例，但是对带压换刀技术的研究还处于起步阶段，对超高水压（0.6MPa以上）、上软下硬地层带压换刀技术的研究还鲜见报到。带压进舱作业是泥水盾构施工的最大风险之一，安全、高效、经

7、济的进舱作业技术是目前盾构施工技术领域研究的热点。2带压换刀技术发展历程2.1带压换刀带压换刀是将盾构机泥水舱内的部分泥浆置换为压缩空气，通过压缩空气支撑开挖面，作业人员在泥水舱内的压缩空气环境下，进行换刀作业。根据作业人员呼吸气体的不同，可分为常规压缩空气带压换刀和饱合潜水带压换刀。采用常规压缩空气进行换刀作业时，作业人员呼吸压缩空气。采用饱合潜水技术进行换刀作业时，作业人员呼吸氦氧饱合气体。饱合潜水是源于海洋打捞领域的一项技术，是指潜水员呼吸由惰性气体、氧气和氮气组成的混合气体进行潜水作业。盾构机内的饱合潜水带压作业通常也是在压缩空气环境下进

8、行，只有少数特殊情况下需要在泥水舱内进行潜水作业。采用常规压缩空气带压作业时，当作业压力超过一定限度(0.45MPa)之后，作业人员患上