浅谈上软下硬段盾构掘进施工风险及对策.doc

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1、浅谈上软下硬地层盾构掘进施工风险及对策徐国平，胡敏润（中交第二航务工程局有限公司）摘要：根据广州市地质复合型的特点，区间隧道一般都会遇到上软下硬地层情况，在掘进施工过程存在着很大的风险，文章以广佛线土建12标菊西区间通过珠江水产研究所地段上软下硬地层为例，提出了在该类地层掘进施工风险控制的对策，并对该类地层的施工有关情况进行了总结。关键词：上软下硬盾构掘进风险对策1、工程概况珠三角城际快速轨道交通广佛线是国内第一条城际快速轨道交通线路，土建第12标段地点位于广州市荔湾区，工程范围包括两个车站、两个盾构区间，其中菊树～西朗盾构区间双线全长约3933米，西朗～鹤洞盾构区间双线全长约

2、1328米，隧道直径6米。盾构隧道主要穿越的地层有淤泥、淤泥质粉细砂、蠔壳片中粗砂层、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩等多种复合地层。2、上软下硬地层掘进施工风险在菊树～西朗区间盾构施工过程中，需要下穿珠江水产研究所440米范围，7个科研鱼塘，鱼苗珍贵经济价值高。根据详勘资料显示，该地段部分地质探孔位于隧道范围内，上软下硬地层上部主要为蠔壳片中粗砂层，下部地层为微风化粗砂岩层，最大强度约35MPa，两类地层强度差异较大，呈现上软下硬特征，一类为蠔壳砂层，主要成分为蠔壳以及动物尸体残渣，整体呈松散状态，遇水液化，在刀盘扰动下易产生流变，影响地面沉降，并且与花地河水系联通，涌水量

3、大；另一类为微风化砂岩，粘土矿物成分含量高，遇水软化，在滚刀碾磨下形成粉末状颗粒，是形成泥饼的基础材料。在这类复合型地层中添加剂选择较难，如采用泡沫剂作为添加剂，对泥饼有较好的防治作用，但对于砂层没有改良效果。在高土压掘进条件下，盾构机掘进会出“呕吐”状态，即打开螺旋机液压闸门，开度即使5很小，短时间内渣土、气体喷涌而出，犹如呕吐状态，由于出渣含水量大，皮带机不能立即运走渣土，出土效率很低，同时土仓内土压力迅速下降，立即关闭闸门，土压力迅速回升，土仓压力浮动过大，对顶部砂层有一定影响，并且砂层时常含有小型孤石，经常卡住液压闸门。菊西区间左线隧道掘进第544环时，螺旋输送机液压闸

4、门被硬石卡住无法完全关闭（闸门开度11﹪），从闸门开口处涌出2m³渣土，土压力下降后迅速上升。采取反转螺旋输送机，将渣土强行反压回土仓，控制住喷涌后立即组织人员敲打石块，此时仍有部分渣土不停的从闸门涌出，半小时后闸门才得以完全关闭。地面鱼塘开始出现冒泡现象，影响范围为直径2m。在之后几十环掘进过程中，都有出现闸门被孤石卡住的现象，造成土仓压力难以控制。泡沫注入土仓内破裂后汇聚为气体，砂层在压力和气体衬托下产生向后方鱼塘的流动从而造成鱼塘内翻气泡，威胁科研鱼苗的安全，对珠江水产研究所的科学研究造成很大的影响。如采用高分子材料和膨润土作为添加剂，则对砂层的流塑性以及通水性有较大改善

5、，有效的预防喷涌，在较高土压下，能控制盾构机不进行“呕吐”式掘进，稳定掌子面土压力，对于防止顶部砂层流变有一定作用，间接的减少了地面沉降。同时由于高分子以及膨润土都是以溶液形式注入土仓内，因此也不会形成气体从砂层中溢流造成地面鱼塘冒顶的现象。但对于泥饼的形成无法有效控制。根据现场实际施工情况，左线545环掘进时改用高分子聚合物以及膨润土作为添加剂，在掘进了2环以后土仓内就开始形成泥饼，渣温、推力、扭矩都有明显提高，推进速度也因此减缓，刀盘对顶部砂层的扰动更剧烈，顶部砂层受到扰动后涌入土仓内造成出渣量明显增加，同时砂层液化后造成地面沉降，引起道路和鱼塘等设施塌陷，甚至会导致科研大

6、楼开裂。地铁盾构掘进施工过程中引发的较大地面沉降，引发安全生产事故，几乎都是在上软下硬的地质条件下造成的，分析主要原因是由于盾构机推进过程中，刀盘切削工作面土体时，上部软土地层容易进入密封土仓，而下部较硬岩体不易破碎。这样往往会使上部软土地层过量切削进入舱内，一旦密封土仓内有一点土压失衡，上部的松软地层会很容易造成土体流失，进而发生较大的沉降风险。在通过珠江水产研究所上软下硬段中，更大的风险来自科研鱼塘的冒泡、沉陷，以及科研大楼的安全，对该所的科研工作带来非常重大的不利影响。3、上软下硬地层施工对策在上软下硬复合地层施工，添加剂的选择是关键，5在推进过程中设法保持上部软土的平衡

7、是目标，为了右线盾构通过时避免出现沉降以及翻塘等现象，采取主要对策措施如下：（1）加强盾构机维养保养，提高设备的完好率和利用率。提前安装调试好螺旋机应急闸门，以利用于遇到涌水、涌砂时的及时关闭闸门保压。（2）采用土压平衡模式掘进。单纯采用较大土压力是一种理想方法，但因为下部为泥岩，会产生结泥饼的负面效应，而采用欠土压和辅助气压方法建立土压平衡掘进，容易造成气体泡沫冒出地面，并导致科研鱼苗死亡。因此，采用土压平衡模式，在保证泡沫基本功能的前提下减小泡沫的注入量和发泡倍率。泡沫溶液的组成参考：泡