深圳复合地层土压平衡盾构带压换刀技术

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1、深圳复合地层土压平衡盾构带压换刀技术摘要：以深圳某地铁隧道土压平衡盾构通过复合地层时带压换刀为例，对比了盾构几种换刀方法的优劣，对复合地层条件下的土压平衡盾构带压换刀技术进行了研究，主要包括工作气压值的经验计算公式，膨润土泥浆的配合比和制备流程，提出了适用于复合地层条件下带压换刀建立泥膜的膨润土泥浆配比及发酵时间，为城市地铁隧道施工中类似的问题提供一定的指导和借鉴作用。关键词：隧道工程；复合地层；土压平衡盾构；带压换刀；膨润土泥浆分类号：E271文献标识码：A1引言随着我国经济的快速发展，城市地铁隧道工程日益增多。盾构法以

2、施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，备受青睐。复杂的地质情况下，盾构刀盘和刀具的选择极其重要，刀具检查和更换的情况逐渐增多。如何保证安全、快速的检查和更换刀具是盾构施工的重难点。章慧健［1］以成都地铁1号线为例，总结了富水砂卵石地层中带压换刀技术。鲁号［2］对比了两种状态的换刀方式，提出了适用于软硬复合地层的换刀方案。本文以深圳地铁11号线宝碧区间隧道土压平衡盾构过复合地层时盾构带压换刀为例，提出了适用于此类地层的带压换刀工作气压值经验计算公式，膨润土泥浆的配合比和制备流程，提出了适用于复合地层条件下

3、带压换刀建立泥膜的膨润土泥浆配比及发酵时间，为城市地铁隧道施工中类似问题的出现提供一定的指导和借鉴作用。2工程概况深圳地铁11号线宝碧区间隧道总长约3Km，采用土压平衡盾构法施工，多次穿越全、强风化花岗岩，砾砂层等地层，刀具磨损大，为此，计划加固区进行带压开舱检查、更换刀具。穿越地层：主要为砾砂、粗砂、全（强）风化花片麻状岗岩层、闪长汾岩。隧道上覆地层：人工填土、淤泥、淤泥质粘土层，淤泥层曾进行搅拌站加固，加固范围地下2〜10m。隧道下伏基岩：主要为加里东期中风化、微风化片麻状混合花岗岩、中风化、微风化片闪长玢岩。该段水位

4、位于地下3m左右，隧道范围内研、砂层透水性较强。水位高程-1.58〜1.68mo1换刀点纵断面地质表1换刀预停机点地层参数3带压换刀技术的前期基础研究3.1常压状态与带压状态换刀方案分析根据现场的实际情况，应分析常压状态与带压状态下换刀对该次施工的适宜性。两种状态对比如表2所示。表2常压换刀与带压换刀方案对比分析表3.2工作原理带压换刀作业的工作原理是：对刀盘前方开挖面土层进行改良加固后，在保证刀盘前方周围地层和土仓满足气密性要求的条件下，利用空气压缩机将压缩空气注入土仓，边出土边注入空气，逐步置换土仓内渣土，以气压代替土

5、压，通过在土仓内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定开挖面和防止地下水渗入的目的。作业人员在气压条件下，安全地进入土仓内进行检查和刀具更换等作业。压缩空气对开挖面的稳定作用，主要包括以下3方面：①可阻止来自开挖面的涌水，防止开挖面坍塌；②由于气压作用于开挖面，能够直接加强开挖面的稳定性；③由于气压对围岩缝隙起到排挤水的作用，增加了土层颗粒间的有效应力，提高了强度。3.3工作气压值确定工作气压P指工作时土仓内的气压。压力越高，越能提高掌子面的稳定性。但从作业效率和进仓作业者的健康角度考虑，则取低值较好，同时也能降

6、低地层击穿风险。所以在确定工作气压时，可先计算出能稳定掌子面的最低气压，工作气压在此基础上考虑一定的安全系数。隧道埋深约13m,地下水埋深约3m。由于隧道埋深较浅，且上覆地层主要以淤泥土为主，不属于松散介质，固不考虑隧道覆土的成拱效应，掌子面水土压力采用全覆土理论计算。=313.665kPa其中，ov为竖向静止土压力，Ydi为水位之上的覆土各地层有效重度，hdi为水位之上的覆土各地层厚度，Ywi为水位之下的覆土各地层有效重度，hwi为水位之下的覆土各地层厚度。=122.3294kPa其中，K0为侧压力系数由地勘报告可知，此

7、处地层的侧压力系数为0.39。带压换刀工作气压值应平衡掌子面前方水土压力，考虑工人在此压力环境下带压换刀的舒适感，考虑上述原因，密封舱压力设定高于开挖面水土压力10_20kPa。对比施工记录的盾构土仓压力，全覆土理论计算的压力较为接近施工时的土仓压力，所以建议带压换刀工作时密封舱气压控制在1.3-1.4bar。实际作业采取了1.4bar。4膨润土泥浆的配合比及制备4.1膨润土泥浆发酵试验膨润土泥浆的技术指标包括：膨润土配比；发酵时间；制备流程。为了使膨润土泥浆符合施工需要，现场使用流塑性、粘性更优的钠基膨润土备泥浆，分别对

8、质量比（外参）6%、8%、10%、12%的纳基膨润土浆液做了多次泥浆稠度试验，给出了推荐制备方案。将其配制成为不同浓度的膨润土泥浆，分别膨化30小时，以便得到最优配比、最优配比时的膨化浓度以及效果最优时的膨化时间。不同配比膨润土泥浆初始时状态见图3-6。36%的膨润土泥浆初始状态48%的膨润土泥浆初始状