浅谈粉细砂-风化岩复合地层盾构掘进控制技术及应用.pdf

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1、2016年2月建材与装饰交通建设浅谈粉细砂-风化岩复合地层盾构掘进控制技术及应用庞伟（中国铁建大桥工程局集团有限公司300300）摘要：“粉细砂-风化岩”上软下硬复合地层是城市地铁盾构隧道不良地层之一，施工面临多种风险，掘进控制难以把握。本文是在中交集团2008年度重大科研项目“复杂环境下盾构法施工技术关键技术研究”的研究基础上，以珠江三角洲轨道交通广佛线金融高新区站~龙溪站区间地铁隧道为施工实例，通过对上软下硬复合地层工程特点分析，提出盾构在该地层掘进参数设定、渣土改良等方面的控制措施，取得良好的效果，以期为类似工程提供指导。关键词：盾构法隧道；复合地层；掘进参数

2、；控制措施中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：1673-0038（2016）07-0211-021前言盾构掘进前期掘进速度仅能维持在6mm/min左右，推力最目前我国城市地铁所应用的盾构机类型主要为土压平衡式，高达到1700t，刀盘扭矩达到3.2MNm，渣土温度高达70℃，每日其特点是利用渣土作为支撑开挖面稳定的介质，要求作为支撑掘进度只能完成1~3环，各项材料油脂、泡沫等单环耗量大。介质的渣土具有良好的塑性变形、软稠度及渗透率小。由于“粉原因分析：掘进断面内存在的泥岩层，部分风化成高硬朔土细砂—风化岩”上软下硬复合地层中盾构掘进扰动较大，刀具易岩状，

3、滚刀接触到掌子面后贯入度较大，对刀圈形成握裹，刀具磨损，开挖面的稳定难以控制，渣土改良效果差，易造成喷涌、掌切削岩土效率降低，单位时间内进入土仓内渣土少，造成掘进速子面坍塌等现象。因此，在此类地层段盾构掘进如何采取有效控度低，刀盘扭矩大。减少推力，降低贯入度，导致掘进速度更低。制措施，是目前盾构施工亟待解决的一个难题。通过对广佛线金推力大，刀盘面与掌子面间摩阻力大，刀盘及渣土温度升高，融高新区站~龙溪站区间地铁隧道施工中的摸索和研究，对在刀盘中心部位易形成泥饼，刀具不能有效自转，形成偏磨（见图2），“粉细砂—风化岩”上软下硬复杂工程地质环境下的盾构掘进技刀盘切削掌子

4、面效率恶化。术进行了总结和应用。2工程概述珠江三角洲轨道交通广佛线金融高新区站~龙溪站区间沿线工程地质环境复杂，纵、竖向地层变化大，软硬不均，是由<2~>淤泥质粉细砂层、<3~2>中粗砂层、<7>~<9>强~微风化泥质粉砂岩组成的复合地层。诸多地段在开挖断面范围内竖向即存在从粉砂到分化岩层两层以上分层，最典型为始发260m段，隧道断面上1/4及隧顶至地面由粉细沙、淤泥质粉细沙或中粗砂地层构图2滚刀偏磨成，隧道段面下3/4由中风化泥质粉砂岩构成（见图1上软下硬为维持掌子面上部粉细砂层的稳定，土仓压力往往建立相对地质断面），上部地层含水量大、透水性强、稳定性差，下部地层

5、较高，土仓清空慢，又阻碍了掌子面渣土进入土仓的速度，并且硬度高，最高达30MPa，工程地质条件异常恶劣，造成盾构掘进较高土仓压力亦导致刀盘扭矩增大。诸多困难。几个方面的因素综合作用，造成了推力大而掘进速度低。3.2易发生喷涌，地表沉降超限掘进过程中，螺旋机出土口常发生喷涌，导致管片拼装前清理工作量增加，每环清理时间在4h左右，极大影响了施工进度。由喷涌造成土仓压力波动过大，出土量难以控制，地面沉降超限。原因分析：由于单环掘进时间的延长，长时间土仓内注入泡沫，造成土仓内气压过高，即建立“虚土压”，上部粉细砂地层含水量大，渣土呈“稀流塑”状，在螺旋机内不能形成有效栓塞效

6、应，开启螺旋机口时在高气压的作用下，渣土喷射而出发生喷<2-2B>淤泥质土层；<2-2>淤泥质粉细砂层；<2-3>海相砂层；<3-2>中粗砂层；涌。土仓建立的虚压短时间内卸释，而实压又不能及时有效建<7><8><9>强~微风化泥质砂岩。图1上软下硬段地质断面图立，断面上部自稳性差的粉细砂大量进入土仓，单环出土量增3上软下硬地层盾构掘进难点分析加，地层损失过大，刀盘处地面即发生沉降。3.1盾构掘进速度低、推力大，材料消耗大3.3盾构姿态难于控制，易发生“上浮”·211·交通建设建材与装饰2016年2月由于上软下硬地层在竖向的不均匀性，尤其是当断面内下伏则是粘性土含量高

7、占体积比50%以上时，需提高发泡率，加大泡的岩层低于断面高度的1/3时，盾构机往往发生抬头趋势，且改沫剂流量；当沙砾含量占50%左右时，正常使用泡沫剂则可；当正困难，在沿隧道纵向硬地层呈逐渐上升趋势时盾构机上浮趋沙砾及岩块含量占70%以上时，且水量大时，减少泡沫剂用量，势更为明显，若姿态纠正不及时，将造成隧道偏移过大。增添高分子聚合物改善渣土流塑性，使渣土在螺旋机内形成栓4针对控制措施塞效应，避免喷涌。针对造成“粉细砂—风化岩”复合地层盾构掘进难题，在前期4.3盾构机姿态的控制施工中不断探索改进，总结了土压平衡盾构在“粉细砂-风化岩”针对上软下硬地层盾构机上浮，