盾構機如何適應深圳地鐵二號線的地質

摘要：本文主要針對深圳地鐵二號線的地質特點，提出了為適應此種地質的土壓平衡盾構機應具備的條件及幾點掘進中的注意事項。

關鍵詞：地質特點 盾構機 適應性

1 深圳地鐵二號線2202標地質特點

1.1 卵礫石多、粒徑大 卵礫石含量約占50～70％，粒徑達30～550mm，圓礫含量約10％，兼夾漂石，漂石最大粒徑270mm。卵石硬，最大強度可達200MPa。卵、礫石以中等風化為主。充填物主要為中細砂、及少量粘性土。

1.2 水壓高和水量大 隧道頂面最大埋深為21m，地下水位線埋深2m。含水層總厚度約13.5～25.8m，為孔隙潛水。卵石土綜合含水層滲透系數(shù)K為12.53～27.4m/d，平均值為16.32m/d，為強透水層。因此盾構隧道線路上存在著水壓高、水量大的特點，盾構施工中易形成噴涌。

2 針對深圳地質特點的盾構機應對策略

2.1 針對卵礫石多、粒徑大的特點，所選盾構機的應對策略

2.1.1 以疏導、通過和排出為主 對盾構螺旋輸送機能夠排出的小粒徑卵礫石盡可能地用排出的方式進行解決，對通不過的大粒徑卵礫石才采用破碎的方式。

2.1.2 選用具有破碎大粒徑卵礫石能力的盾構機 盾構機要破碎大粒徑卵礫石，則刀盤必須配備滾刀，來實現(xiàn)對適宜破碎的大粒徑砂卵石進行破碎。

2.2 針對水壓高和水量大的特點，所選盾構機的應對策略

2.2.1 選用高可靠防水密封性的盾構機 ①盾尾密封。盾尾密封選用三排鋼絲止水密封刷，其間充注密封性良好的盾尾密封脂，構成可靠的盾尾止水密封系統(tǒng)。②鉸接密封。采用唇形橡膠鉸接密封和充氣式緊急密封，構成可靠的鉸接密封體系。

2.2.2 選用具有防噴涌功能的盾構機 ①螺旋輸送機。采用可控的雙螺旋輸送機系統(tǒng)或采用長螺旋輸送機直接將挖掘下的碴土排放到碴土車中。②密封閘門。螺旋輸送機上安裝可靠的密封閘門排碴系統(tǒng)。③皮帶輸送機。采用順暢的小仰角皮帶輸送機系統(tǒng)。④碴土改良設備。盾構機上配備多種碴土改良設施。

2.3 針對砂卵石流動性差、磨琢性大的特點所選盾構機的應對策略

2.3.1 選用能進行多種碴土改良工藝的盾構機 在盾構機上配備加泥（膨潤土）、加注泡沬、加注聚合物系統(tǒng)的設備，根據(jù)實際的需要隨時進行各種方式的碴土改良。實現(xiàn)改善碴土的流動性，降低碴土磨琢性的目標。

2.4 針對砂卵石地層穩(wěn)定性差、透氣性大的特點所選盾構機的應對策略 采用土壓平衡掘進模式。如在不需進行碴土改良也能實現(xiàn)土壓平衡正常掘進的條件下，即盡可能少使用添加劑進行掘進，否則嘗試采用泡沬劑、聚合物、澎潤土、黃泥、硅溶膠等添加劑進行碴土改良，以實現(xiàn)土壓平衡模式進行掘進。通過在掘進中采用土壓平衡模式來實現(xiàn)穩(wěn)定掌子面的目的。

3 深圳的碴土改良

3.1 碴土改良的目標 ①增加碴土的抗?jié)B性，防止噴涌的發(fā)生；②提高碴土的可塑性，實現(xiàn)土壓平衡掘進穩(wěn)定住掌子面，防止塌陷并為帶壓進倉提供條件；③減小碴土對刀具、刀盤、螺旋輸送機的磨損。

3.2 碴土改良的方式 ①泡沬改良法。期望通過在刀盤前注入泡沬改良土體實現(xiàn)土壓平衡掘進、達到止水、減小碴土對刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標。②聚合物改良法。期望通過在刀盤前、土倉中注入聚合物改良土體實現(xiàn)土壓平衡掘進、達到止水、減小碴土對刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標。③膨潤土、泥漿改良法。期望通過在刀盤前、土倉中注入膨潤土和泥漿增加卵礫石土的細顆粒成份，達到止水、在掌子面形成泥膜及改良土體實現(xiàn)土壓平衡掘進和減小碴土對刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標。

3.3 預測深圳碴土改良的方式 根據(jù)深圳特殊的地質狀況，要達到最理想的碴土改良狀態(tài)需再添加約20%的細顆粒，如按此量計算每環(huán)需要增加細顆粒9.3m3（制成膨潤土漿量將遠遠大于此值）。盾構施工中幾個特殊階段必須進行很好地碴土改良，即盾構機開始掘進時、停止掘進前、經過建筑物時、帶壓進倉前，這樣的幾個階段必須先進行碴土改良，實現(xiàn)土倉中土體能保住壓、掌子面前能封堵住水并為下一步的工作創(chuàng)造條件。

4 盾構機的操作要求

4.1 刀盤轉速 刀盤的轉速控制在≤1.5rpm。

4.2 刀盤轉向 經常變換一下刀盤的左、右旋轉方向，實際操作中可觀察刀盤扭矩的變化，如扭矩波動較大或有一定幅度的升高時就要變換一下刀盤的旋轉方向。目的防止大塊石頭將刀盤開口堵死，這也有待在實際的操作中進行總結，但一定要在長時間（建議預測不要超過10min）掘進沒有換向旋轉的條件下進行換向旋轉。

4.3 掘進中的觀察 在掘進時特別要注意窺聽刀盤轉動聲音，同時還要注意刀盤的運轉參數(shù)、螺旋機的運轉參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時采取措施。對發(fā)現(xiàn)刀盤的較大震動、刀盤及螺旋輸送機旋轉扭矩的突然變化、土倉壓力變化、螺旋機排碴量等的變化要及時進行分析并做出判斷。

4.4 加強機械設備和施工各環(huán)節(jié)的管理 加強機械設備和施工各環(huán)節(jié)的管理，防止不必要的臨時停機，以保持連續(xù)掘進。

4.5 同步注漿的管理 提高注漿與盾構推進的同步性，提高同步注漿質量，縮短漿液初凝時間，使其遇泥水后不產生劣化。有效控制注漿壓力，適當增加注漿量，使實際注漿量略大于理論注漿量，以保證管片背后盡量填充密實。

4.6 雙液注漿 在盾構機連接橋右側安設氣動雙液注漿泵，及時封堵管片背后空洞及水流通道，防止管片背后匯水流入土倉。

4.7 配備雙螺旋輸送機，直接用螺旋輸送機保壓出渣。

5 換刀、檢刀的想法

根據(jù)對深圳地層的認識，有如下想法：

5.1 檢刀 每掘進200m進行一次檢刀，根據(jù)檢刀情況決定刀具的更換或調整。檢刀地點的確定：沿盾構機的掘進線路前進方向每隔200m左右選擇、確定適合的降水地點，挖降水井，根據(jù)掘進的速度確定什么時間降水，一旦盾構機掘進到降水位置即爭取開倉檢刀，根據(jù)檢刀結果決定是否進行更換刀具。

5.2 換刀 每掘進400m具備換刀的條件。換刀地點的確定與檢刀地點相同，但要做好帶壓換刀的準備，一旦開倉地層不能自穩(wěn)必需具備帶壓進倉進行換刀作業(yè)的條件。對具備地層加固條件的換刀地點要事先進行注漿加固，加固方式有地面加固和利用盾構機的超前鉆進行加固。

5.3 帶壓換刀時實現(xiàn)泥漿護壁止住地下水和保住壓的想法 在換刀前保持土壓平衡模式的狀態(tài)下開始向土倉內充注泥漿，并旋轉刀盤，根據(jù)土倉內壓力的高低決定是否出碴，這種排碴狀態(tài)一直維持到土倉內均勻地充滿有泥漿并保持住壓力一定時間，在不充注泥漿和不掘進時，土倉內壓力也不再降低為止。然后打開氣壓自動調節(jié)裝置向土倉內加氣，同時螺旋機出碴，出碴速度維持住土倉壓力不變，此種狀態(tài)一直持續(xù)到土倉內只剰到約四分之一碴土為止。

6 結束語

以上是對深圳地鐵二號線２202標地層的幾點思考，目的是對正常盾構施工前能給出一些思考。