上軟下硬地層盾構(gòu)掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

王運(yùn)鋼　韓　建　張方博

(1.中鐵一局集團(tuán)有限公司,陜西 西安　710054；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,北京　100083)

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上軟下硬地層盾構(gòu)掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

王運(yùn)鋼1韓建2張方博2

(1.中鐵一局集團(tuán)有限公司,陜西 西安710054；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院,北京100083)

根據(jù)深圳地鐵11號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間工程的實(shí)際情況，分析了盾構(gòu)施工的難點(diǎn)，闡述了小里程段與大里程段上軟下硬地層的掘進(jìn)技術(shù)，總結(jié)了掘進(jìn)過程中的注意事項(xiàng)，以供同類工程參考。

地鐵，盾構(gòu)施工，上軟下硬地層，掘進(jìn)技術(shù)

0　引言

由于受到城市地下交通規(guī)劃和設(shè)計(jì)的限制，地鐵盾構(gòu)區(qū)間不可避免的會(huì)部分位于硬質(zhì)巖石，部分位于風(fēng)化層或軟弱地層，而硬巖與軟弱地層相比，兩者之間的物理特性差別較大，這對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工帶來了一定的困難，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者一直在研究這類問題。文獻(xiàn)[1]對(duì)上軟下硬地層的盾構(gòu)施工，提出了關(guān)于刀具配置和更換、掘進(jìn)控制等的對(duì)策，以及對(duì)掘進(jìn)異常情況的辨別和處理方法。文獻(xiàn)[2]介紹了在上軟下硬地層的盾構(gòu)施工掘進(jìn)參數(shù)和渣土改良技術(shù)。文獻(xiàn)[3]結(jié)合深圳地鐵2號(hào)線東沿線土建2222標(biāo)僑香站—香蜜站區(qū)間，對(duì)上軟下硬地層盾構(gòu)施工，給出具體盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)以提高掘進(jìn)效率，以及研究渣土改良技術(shù)和帶壓開倉換刀技術(shù)。

1　工程概況

深圳地鐵11號(hào)線某區(qū)間采取盾構(gòu)法施工，全長(zhǎng)約5.5 km，采用4臺(tái)A6980大盾構(gòu)機(jī)由中部始發(fā)井向兩端車站掘進(jìn)。其中盾構(gòu)始發(fā)井至較遠(yuǎn)側(cè)車站起止里程左線總長(zhǎng)1 869.165 m，右線總長(zhǎng)1 861.604 m，該段線路最小曲線半徑600 m，線間距13 m～37.6 m；隧道最大縱坡24‰，最小縱坡4‰，區(qū)間共設(shè)3個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)絡(luò)通道兼做換刀加固區(qū)。

該隧道穿越的地質(zhì)條件主要為礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化粗粒花崗巖，但左右線局部總計(jì)存在284 m硬巖凸起。取芯結(jié)果顯示，巖體完整性較好，天然抗壓強(qiáng)度平均值為81.7 MPa。現(xiàn)場(chǎng)取芯照片如圖1所示。

全斷面硬巖總計(jì)121 m，頭尾兩側(cè)均為上軟下硬地層，其中大里程段有條件進(jìn)行預(yù)處理，已施作預(yù)裂爆破與注漿處理，后期掘進(jìn)相對(duì)容易。小里程段由于上部為酒店建筑綠化帶，未能進(jìn)行預(yù)處理，后期掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2　盾構(gòu)施工的難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)分析

上軟下硬地層指隧道下半斷面或者大部分?jǐn)嗝嫖挥趲r層中，上半斷面或者拱部位于軟弱地層中。正是這種特殊的地質(zhì)條件造成了在上軟下硬地層中盾構(gòu)隧道掘進(jìn)與一般地層的不同之處。主要體現(xiàn)在：1)上軟下硬地層掘進(jìn)易造成地表沉降；2)上軟下硬地層掘進(jìn)刀具磨損嚴(yán)重；3)上軟下硬地層掘進(jìn)需頻繁開倉檢查刀具，開倉風(fēng)險(xiǎn)大；4)上軟下硬段地處下坡，對(duì)掘進(jìn)不利；5)爆破預(yù)處理區(qū)掘進(jìn)時(shí)，由于原有地表注漿孔可能存在封堵不密實(shí)，將會(huì)出現(xiàn)螺機(jī)噴涌、地表冒漿等問題。

3　上軟下硬地層掘進(jìn)前技術(shù)措施

3.1加密補(bǔ)勘

針對(duì)上軟下硬地段，在詳勘的基礎(chǔ)上，加密布孔，保證沿線每5 m有一個(gè)地質(zhì)取芯資料，充分了解巖面變化情況，盡可能排查孤石分布情況。

3.2孤石處理

發(fā)現(xiàn)孤石，需提前采取破碎處理。

3.3大里程上軟下硬段預(yù)裂爆破及注漿處理

上軟下硬段大里程部位前期具備預(yù)處理?xiàng)l件，設(shè)計(jì)采用地表鉆孔預(yù)裂爆破+深孔袖閥管預(yù)注漿工藝。巖石預(yù)裂爆破的孔距、深度以及裝藥量等都需進(jìn)行試驗(yàn)和檢驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)規(guī)范[4]進(jìn)行爆破安全校核，要求預(yù)裂爆破后巖石塊徑不大于30 cm，滿足螺機(jī)出渣要求。

3.4換刀點(diǎn)的設(shè)置及加固措施

區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道范圍均設(shè)計(jì)為換刀檢查點(diǎn)，采用旋噴樁提前對(duì)隧道范圍進(jìn)行預(yù)加固處理。

4　小里程段上軟下硬地層掘進(jìn)技術(shù)

4.1推進(jìn)參數(shù)

左右線在上軟下硬地層中實(shí)際刀盤轉(zhuǎn)速1.5 rpm，掘進(jìn)速度8 mm/min，貫入度4 mm～6 mm，上部土倉壓力1.0 bar～1.3 bar，扭矩1 700 kN·m～2 000 kN·m。

4.2刀具磨損情況

小里程段上軟下硬地層中新更換的單刃滾刀可以使用約15環(huán)～20環(huán)，中心刀15環(huán)左右。其中內(nèi)圈滾刀較多出現(xiàn)偏磨，外圈滾刀除偏磨外，還有斷刀圈及缺口等現(xiàn)象。

4.3防噴涌措施

由于掌子面地下水含量豐富，隧道位于下坡段，盾構(gòu)外部水體匯集刀盤及土倉內(nèi)，當(dāng)動(dòng)水壓力較大時(shí)，為防止坍塌又需要保證較高土壓力，易造成螺機(jī)噴涌。采取措施如下：1)加入高粘度泥漿，改變?cè)恋母街裕瑖娪楷F(xiàn)象得到改善，渣土可以順利通過皮帶機(jī)輸送。2)縮短同步注漿初凝時(shí)間，調(diào)整后的漿液初凝時(shí)間為2.5 h，基本吻合硬巖段每環(huán)純掘進(jìn)時(shí)間3 h。3)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，管片外部每5環(huán)一道雙液漿止水環(huán)封堵。

地層含水豐富，同步注漿容易被稀釋，為保證二次注漿質(zhì)量，采用如下措施控制注漿效果：1)用高粘度膨潤(rùn)土泥漿填滿土倉；2)用高粘度膨潤(rùn)土泥漿填充盾殼，從尾盾至前盾；3)打開管片吊裝孔注漿，由下至上，由掌子面向后延伸至第五環(huán)；4)間歇性注漿，注漿壓力小于1 MPa；5)相鄰管片頂部吊裝孔打開，保證壓力不會(huì)瞬時(shí)過大造成管片受損。

4.4小里程段上軟下硬地層施工小結(jié)

1)保證同步注漿效果，二次注漿要及時(shí)跟進(jìn)，做到常態(tài)化；2)不斷嘗試渣土改良工藝，達(dá)到最佳效果；3)保證二次注漿工藝質(zhì)量的同時(shí)避免雙液漿對(duì)盾構(gòu)機(jī)的損害；4)不能盲目相信地質(zhì)情況，遇到異常情況時(shí)及時(shí)停機(jī)處理；5)刀具磨損量大，應(yīng)盡可能多的設(shè)置換刀加固區(qū)，進(jìn)行常壓換刀。

5　大里程段上軟下硬地層掘進(jìn)技術(shù)

5.1推進(jìn)參數(shù)

左右線在上軟下硬地層中實(shí)際刀盤轉(zhuǎn)速1.5 rpm，貫入度8 mm～10 mm，扭矩小于2 300 kN·m，推力小于2 200 t。

5.2注意保持土倉壓力

爆破處理以后，圍巖裂隙發(fā)育，若注漿不到位或地表處理過程中封孔不到位，掘進(jìn)時(shí)土倉內(nèi)可能出現(xiàn)漏氣等情況。因此實(shí)際掘進(jìn)過程中應(yīng)密切關(guān)注土倉壓力情況，并做好注漿及地表封堵工作。

5.3大里程段上軟下硬地層施工小結(jié)

1)由于硬巖處理段土倉壓力無法有效控制，無法進(jìn)倉換刀和檢查刀具，若爆破區(qū)過長(zhǎng)，可能會(huì)影響盾構(gòu)順利通過，建議在爆破區(qū)中部設(shè)置一處換刀檢查點(diǎn)，該部位無需進(jìn)行預(yù)處理；2)由于炸藥殘留，掘進(jìn)過程中，洞內(nèi)有害氣體濃度可能較大，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)和有害氣體的檢查；3)螺機(jī)雙閘門設(shè)計(jì)非常有效，爆破所用的PVC管容易卡住渣口，一旦卡住，疏通時(shí)單閘門無法保壓。

6　結(jié)語

1)現(xiàn)場(chǎng)條件具備的情況下，應(yīng)堅(jiān)決對(duì)不良地層進(jìn)行預(yù)處理措施，無條件時(shí)也應(yīng)盡可能創(chuàng)造條件，保證盾構(gòu)掘進(jìn)順利，同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)及成本。2)爆破后的注漿施工可進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)必須要仔細(xì)對(duì)殘留孔進(jìn)行封堵和排查，避免留下安全隱患。3)硬巖掘進(jìn)，對(duì)設(shè)備的維護(hù)和刀具管理需格外加強(qiáng)，出現(xiàn)異常情況時(shí)切忌蠻干。

[1]黃恒儒.土壓平衡盾構(gòu)在上軟下硬復(fù)合地層中的施工技術(shù)[J].廣州建筑，2010,38(6)：17-19.

[2]付艷斌.上軟下硬地層中盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2009(4):80-81,84.

[3]鄧彬,顧小芳.上軟下硬地層盾構(gòu)施工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,49(2):59-63.

[4]GB 6722—2014，爆破安全規(guī)程[S].

Critical techniques of shielding tunnel in upper-soft lower-hard ground

Wang Yungang1Han Jian2Zhang Fangbo2

(1.China Railway First Group Co., Ltd, Xi’an 710054, China;2.School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

According to actual conditions of the shielding section engineering of Shenzhen subway line No.11, the article analyzes the shielding construction difficulties, describes the tunneling technologies of upper-soft lower-hard ground at small mileage section and large mileage section, and summarizes matters needing attention in tunneling process, with a view to provide some guidance for similar engineering.

subway, shielding construction, upper-soft lower-hard ground, tunneling technology

1009-6825(2016)25-0171-03

2016-06-23

王運(yùn)鋼(1980- )，男，碩士，工程師；韓建(1991- )，男，在讀碩士；張方博(1992- )，男，在讀碩士

U455.49

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