盾构掘进泥岩砂岩交替地层施工技术

1盾构掘进泥岩砂岩交替地层施工技术张云聪刘永明尹清锋练明张峰(中建市政建设有限公司，北京，100161)摘要：针对昆明地区复杂的水文地质条件，通过该地层的实地施工，收集相关数据并作出比较，确定适合昆明地质条件的盾构参数，为后续类似条件下的盾构工程实施打下坚实的基础并取得该地区典型地层条件下的施工经验。关键词：泥岩砂岩交替地层；盾构法中图分类号：U455.43文献标识码：BTHESHIELDREACHESTODIGINTOAMIREROCKSANDSTONEALTERNATIVEGEOLOGICSTRATACONSTRUCTIONTECHNIQUEZHANGYun-cong,LIUYong-ming,YINQing-feng,LIANMing,ZHANGFeng(ChinaConstructionMunicipalConstructionCo.Ltd，Beijing，100161,china)Abstract:AimatacomplicatedhydrologygeologyofKunmingregioncondition,passtheon-the-spotconstructionofthegeologicstrata,collectarelateddataandmakeacomparison,makesuretheconditionalshieldofsuitableKunminggeologyreachesparameter,forfollow-upsimilarundertheconditionoftheshieldreachedengineeringimplementationtolaysolidfoundationandobtainthetypicalmodelgeologicstrataconditioninregionunderofconstructionexperience.KeyWords:Mirerocksandstonealternativegeologicstrata；Shieldmethod随着国内地铁建设的加快，盾构法作为修建地铁区间隧道安全、快速、对周边影响小、较高适应性的施工方法，被广泛采用，而且比例越来越高。在实际盾构施工掘进中，地质情况复杂多变，软硬地层交替出现，同一横断面上下软硬不均，富水情况变化较大，这就对盾构机的选型、刀具配置及掘进参数的调整，提出了重大考验。1、盾构在泥岩砂岩交替地层掘进工艺流程2图1盾构在泥岩砂岩交替地层掘进施工工艺流程图Fig.1Theshieldreachessandstonealternativegeologicstratatodigintocraftprocessatthemirerock1.1硬地层中盾构掘进（1）盾构机在硬地层掘进过程中，为确保盾构机安全快速掘进，保持土仓空仓推进，刀盘转速控制在1.7rpm以内，贯入度控制在1cm以内，掘进速度控制在10～30mm/min。（2）硬岩地层掘进时，由于其裂隙发育，掘进过程中含水量很大，在掘进时向土仓内加注优质膨润土以改良渣土，降低土仓内渣土的透水性，使渣土具有一定的软流塑性，以防止发生喷涌，进而导致掌子面失稳和地面沉降。（3）为保证盾构掘进过程中不因水压力过大而导致盾尾漏水漏浆，在加大盾尾油脂注入量的同时，同步注浆的配比也需做适当调整，增加水泥用量，以使浆液粘稠，不易被冲散。（4）根据注浆效果，不断改变砂浆配比，每环注浆量不少于6m³，同步注浆压力控制在0.8-1.5bar，注浆速率需严格与掘进速度相匹配。1.2上硬下软地层盾构掘进（1）随着逐渐推进，综合地勘资料，在快要掘进至软地层时，派专人观察渣土的变化，操作手也要时刻关注推进参数的变化。（2）当渣土中出现软地层土质，盾构扭矩减小时，可以预判已经掘进至硬软地层交替处。（3）根据盾构掘进方向，为上硬下软的过渡阶段，此时，调整千斤顶各区压，保持盾构机平稳缓慢推进，并开始逐渐建立土仓压力，缓慢提高刀盘转速到1.8rpm。硬地层中掘进观察渣土和盾构参数的变化软地层中掘进综合地勘信息根据变化信息，预判已掘进至硬软地层交替处逐渐建立土仓压力，逐步提升刀盘转速，调整推力观察渣土和盾构参数的变化综合地勘信息根据变化信息，预判已掘进至软硬地层交替处逐渐降低土仓压力和刀盘转速，调整推力硬地层掘进上硬下软上软下硬软31.3软地层中盾构掘进（1）盾构机在上硬下软地层中掘进1～2环后，进入到软地层掘进，由于隧道覆土厚度为10~17m＞1倍隧道直径D=6.2m，上土仓压力Pa可根据Terzaghi's松弛土压理论计算，计算图式如图2所示，计算结果如下：图2Terzaghi's松弛土压计算图式Fig.2Terzaghi'sTheflabbysoilpressestocomputeadiagramtypePe=BHKBHKeWeKBcB/tan0/tan1tan=（139.8~232.9）KN/m2=（12.54~22.16）t/m2Pa=KaPe=eP245tan2o=0.244Pe=（33.8~55.2）KN/m2=（3.38~5.52）t/m2根据上述计算结果，并考虑到计算中的设定误差及送、排土设备中泥土压变动等因素，上土仓压力设定为0.05～0.08Mpa（其中，0.05Mpa对应覆土10m，0.08Mpa对应覆土17m），注意观察上下土压与左右土压的差，如果上下土压存在较大差异，考虑土体的和易性，检查泡沫与泥浆的效果；刀盘转速提高到1.9rpm，并提高盾构机推力，保证盾构机的快速掘进。（2）软地层为弱透水层，由于地层岩性很粘，为更好的控制土仓压力，保证出渣的流畅性，在掘进过程中不断加注发泡剂。（3）考虑到施工成本，在加注发泡剂的同时，在盾尾清污隔膜泵处，将管路改造成三通形式，有一管路可以将盾尾污水排入土仓内，改善渣土的可排性，并且有效的减少了污水外排，降低能耗。1.4上软下硬地层盾构掘进4（1）随着盾构机的不断掘进，综合地勘资料，在快要掘进至硬地层时，派专人观察渣土的变化，操作手也要时刻关注推进参数的变化。（2）当渣土中出现硬地层土质，盾构扭矩增大时，可以预判已经掘进至软硬地层交替处。（3）根据盾构掘进方向，为上软下硬的过渡阶段，此时，调整千斤顶各区压，保持盾构机平稳缓慢推进，并开始减低上土仓压力至0.03Mpa，缓慢降低刀盘转速到1.7rpm。（4）在此阶段掘进过程中，为避免对地层产生较大扰动，需严格控制出土量，保证土仓压力的稳定性，盾构推力不超过1600t，掘进速度控制在10～30mm/min。（5）盾构机在上软下硬地层中掘进1～2环后，进入到硬地层掘进，完成循环。2、工程实例昆明轨道交通首期工程土建二（B）标下庄村站～广电大学站盾构区间，泥岩砂岩地层累计交替出现17次，在里程IDK39+900～IDK40+250间更是达到平均每50环交替一次，风化程度也也随之交替出现。2.1施工措施中建市政建设有限公司第一次承建此类泥岩砂岩交替地层盾构施工项目，在前期掘进施工中，出现如下情况：（1）软硬地层交替出现，富水情况差异很大，盾构机施工参数不稳定，在硬地层最快速度只有18mm/min，盾构机推力和扭矩变化很大。（2）在软地层，刀盘扭矩，螺旋机很大，出土呈块状，易造成皮带机堵死，经常导致跳闸。（3）在开仓换刀时发现：滚刀磨损严重，部分刀圈损坏，刀盘周边磨损。（4）在富水地层中掘进时，盾尾密封效果差，漏水严重。在后续的施工中，项目部根据地层特点，总结前期掘进经验，在不断的摸索中总结和优化出相应的在泥岩砂岩交替出现地层的掘进参数。在掘进过程中，根据地勘资料，在泥岩砂岩交替界限附近，根据渣土变化和盾构推进参数变化，做好地层改变的预判和参数的预改变。采取各种辅助措施，确保掌子面的稳定，减少刀具磨损，保证盾构掘进的安全快速进行。盾构参数的预改变：由软地层向硬地层转换过程中，逐渐排空土仓压力，降低刀盘转速，调整盾构推力和螺旋机速度。由硬地层向软地层转换过程中，逐渐建立土仓压力，缓慢提高刀盘转速，调整盾构推力和螺旋机速度。5图3砂岩地层掌子面情况图Fig.3ThesandstonegeologicstrataZhangsonnoodlescircumstancediagram图4泥岩地层掌子面情况图Fig.4ThemirerockgeologicstrataZhangsonnoodlescircumstancediagram3、结论通过不断摸索，总结出上述施工方法，使得在后续施工，盾构施工速度明显提高，螺旋机扭矩，出渣情况正常。实践证明在泥岩砂岩交替出现的复合地层施工，根据地勘资料，结合渣土和掘进参数的改变，对地层的改变提前做出预判，并做好参数的渐变是非常合理，行之有效的应对地层变化的方法。可以作为以后类似工程的参照和借鉴。参考文献References[1]施仲衡,等.地下铁道设计与施工[M].西安:科学技术出版社,1997ShiZhong-heng，etc.Designandconstructionofundergroundrailroad[M].Xi'an:ShaanxiScienceandTechnologyPress,1997.[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004ZhouWen-bo.ShieldTunnellingTechnology[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2004[3]张凤祥，等.盾构隧道[M].北京：人民交通出版社，2004ZhangFeng-xiang,etc.ShieldTunnel[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress，20046[4]龚晓南.地基处理手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2000GongXiao-nan.FoundationTreatmentManual(SecondEdition)[M].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2000[5]蔡永立，等.盾构地铁隧道近接施工及旁穿全装配高层壁板居民楼施工技术[J].隧道建设，2008(3)：314-317CaiYong-li,etc.ConstructionTechnologyforSmall2spacedTwin2tubeShield2boredTunnelsCrossingunderneathclosetoHigh2riseAssembledResidentialBuildings[J].TunnelConstruction,2008(3)：314-317[6]蒋冰玉，等.天津地铁盾构施工及环境保护[J].现代隧道技术，2009(2)：57-62JiangBing-yu，etc.StudyonEnvironmentalProtectionTechnologyinTianjinMetroShieldDriving[J].ModernTunnelingTechnology，2009(2)：57-62_________________________________________________________收稿日期:2011-9-20作者简介：张云聪(1984-)，男，黑龙江哈尔滨人，中建市政建设有限公司，助理工程师，主要从事轨道交通工程施工管理工作，北京市丰台区西四环南路52号中建一局大厦5层，100161，e-mail:[e-mail]，联系电话[phone]，手机：[phone]