富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法

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1、富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法编制单位：北京xx集团有限责任公司主要编制人：1前言盾构法作为集成了多种设备功能的全机械化隧道建设设备，在地下隧道建设中应用越来越普及，其自动化程度高，具有安全、快速等特点，但由于盾构设备、工艺在不同地层区别较大，在粒径较大的卵漂石、孤石地层建设隧道如何破碎，是盾构领域未妥善解决施工难点，在富水条件下的施工难度更大，风险更高。在北京地铁XX号线施工筹备阶段，隧道邻近一大型基坑揭示地层中密集分布直径超过1000mm漂石，且强度超过300Mpa，经工作井探查，最大漂石粒

2、径为1500×1700mm，隧道每掘进一环地层中遭遇粒径1000mm以上漂石至少2块、粒径800mm以上漂石至少4块，其中粒径500mm以上漂石体积比超过50%。为盾构设备选型及施工筹划带来了前所未有的挑战，经查证国内外无类似工程实例可供参考。此次采用盾构法在潜水下漂石地层中完成隧道施工，通过对盾构工艺的系统改善、技术创新，利用盾构设备，成功解决了较高水压条件下连续破碎密集高强度、大粒径漂石的隧道建设的工程难题，摸索、形成了一套该种地层盾构施工的成熟技术。工程实施过程中申请了多项发明和实用新型专利，目前获批

3、的国家专利有（发明型专利为1.7、1.3；实用新型专利为4.1、8.2、1.3）。项目成果属于国内外首例，工程实践证明，该工法具有较高的技术创新水平、设备机具配合高效、操作参数准确、节能增效、经济合理，大幅度拓展盾构法施工适用领域。2工法特点2.1突破了束缚地下工程建设诸多技术难题，拓展了地下工程建设前景，将土压平衡盾构应用范围进行了较大幅度的延伸，储备了在更深地层、更广地域建设隧道的技术手段。2.218可以在潜水中、扰动可控条件下解决利用盾构刀盘、刀具在刀盘前方机械连续破碎漂石、孤石等，利用渣土改良手段将

4、均匀破碎的漂石碎块顺利由螺旋机排出，突破了漂石地层对于盾构法施工的限制。2.3研究并改进设备各系统在潜水环境下密封、润滑状态，尤其是人闸、铰接、螺旋、盾尾等部位，可以有效降低能源消耗、改善设备运行状态，并确保隧道成型圆滑、衬砌防水高效、管片结构稳定。2.4发展、完善并形成了高效、经济的卵漂石地层中渣土改良系统，可以对漂石及漂石颗粒、卵石等进行有效握裹，起到高效降低工作扭矩、延缓刀具损耗、减少喷涌等功效。2.5对盾构掘进体系、掘进辅助体系做了较多实践及对比，可以满足在新建工程干扰较小情况下的，满足诸如地面沉降

5、、噪声控制等较高的要求。2.6工程中选择采用大量环保材料等，可多次周转，循环使用，达到了节约资源、保护环境的作用。3适用范围本工法解决了连续分布的卵漂石粒径在500mm～1700mm左右，单轴抗压强度300Mpa左右的地层中盾构施工的难题。本工法适用于潜水下连续大粒径漂石地层盾构隧道施工。普遍可以应用于无水、有水、富水、透水等砂卵漂石中隧道建设，漂石可以连续、密集或间隔分布，对于含孤石、球状风化体等地层隧道施工也有较好的适应性。4工艺原理要解决的技术问题分别是：高水位下、不间断情况下盾构连续破碎大粒径漂石，

6、涉及到盾构刀盘型式、刀具型式、各系统密封型式；大粒径漂石输送对于渣土改良系统的要求；盾构掘进系统对于大粒径漂石针对性控制；潜水下盾构设备维护等。18针对地层中卵漂石比例高、粒径大、强度高的情况，采用盘形滚刀无法准确捕捉、稳定圆形漂石，无法形成冲击压碎、剪切碾碎的功效；采用刮刀等其他盾构常用刀具等也无法破碎球状漂石的情况，本工法研制了新型重型撕裂刀体系（已获多项专利），配合高强耐磨面板式刀盘，在土仓内外多点喷射的高效渣土改良前提下，推进系统施加较小推力，利用刀盘施以高转速、持续稳定高扭矩的尖锐部划割挤压机理对

7、较大粒径的卵漂石进行破碎减小，实现盾构在潜水下连续掘进。针对潜水中存在的大粒径卵漂石外轮廓大体为圆形，且高透水地层中级配细颗粒以粗砂为主，无粘性、砂土等细小颗粒，造成地层的内摩擦角较大，地层自身和易性、流动性非常差。如何确保渣土具备良好的流塑性是盾构能否形成连续掘进的关键，且在卵漂石地层中，渣土改良效果直接影响盾构各项推进参数的变化。本工法核心之一就是渣土改良具有较好的经济性及适用性，尤其是对土压平衡盾构渣土改良工艺进行了多方面改进，分别从设备制备、发酵过程、输送系统、投送体系、握裹周期、再循环等多方面进行

8、了创新、发展、提高和应用，形成了一套独有、高效、经济的潜水中高透水卵漂石地层的渣土改良专利技术和管理系统。对土压平衡盾构的部分部位上的密封型式进行了针对性的改进，尤其是在主驱动密封采用液压油和HBW油脂复合式密封型式，提高潜水下密封性能；中心回转采用多节式结构，便于潜水下进行设备维护；渣土改良系统采用单点单泵独立注入方式，对注入量进行有效控制。对于潜水下提高隧道衬砌质量提供了充分的设备保障。本工法针对特殊地层的工