上軟下硬地層盾構掘進關鍵技術

王運鋼　韓　建　張方博

(1.中鐵一局集團有限公司,陜西 西安　710054；2.中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院,北京　100083)

?

上軟下硬地層盾構掘進關鍵技術

王運鋼1韓建2張方博2

(1.中鐵一局集團有限公司,陜西 西安710054；2.中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院,北京100083)

根據深圳地鐵11號線某盾構區間工程的實際情況，分析了盾構施工的難點，闡述了小里程段與大里程段上軟下硬地層的掘進技術，總結了掘進過程中的注意事項，以供同類工程參考。

地鐵，盾構施工，上軟下硬地層，掘進技術

0　引言

由于受到城市地下交通規劃和設計的限制，地鐵盾構區間不可避免的會部分位于硬質巖石，部分位于風化層或軟弱地層，而硬巖與軟弱地層相比，兩者之間的物理特性差別較大，這對盾構掘進施工帶來了一定的困難，國內許多學者一直在研究這類問題。文獻[1]對上軟下硬地層的盾構施工，提出了關于刀具配置和更換、掘進控制等的對策，以及對掘進異常情況的辨別和處理方法。文獻[2]介紹了在上軟下硬地層的盾構施工掘進參數和渣土改良技術。文獻[3]結合深圳地鐵2號線東沿線土建2222標僑香站—香蜜站區間，對上軟下硬地層盾構施工，給出具體盾構掘進參數以提高掘進效率，以及研究渣土改良技術和帶壓開倉換刀技術。

1　工程概況

深圳地鐵11號線某區間采取盾構法施工，全長約5.5 km，采用4臺A6980大盾構機由中部始發井向兩端車站掘進。其中盾構始發井至較遠側車站起止里程左線總長1 869.165 m，右線總長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‰，區間共設3個聯絡通道，聯絡通道兼做換刀加固區。

該隧道穿越的地質條件主要為礫質粘性土、全風化粗粒花崗巖，但左右線局部總計存在284 m硬巖凸起。取芯結果顯示，巖體完整性較好，天然抗壓強度平均值為81.7 MPa。現場取芯照片如圖1所示。

全斷面硬巖總計121 m，頭尾兩側均為上軟下硬地層，其中大里程段有條件進行預處理，已施作預裂爆破與注漿處理，后期掘進相對容易。小里程段由于上部為酒店建筑綠化帶，未能進行預處理，后期掘進風險較大。

2　盾構施工的難點及風險分析

上軟下硬地層指隧道下半斷面或者大部分斷面位于巖層中，上半斷面或者拱部位于軟弱地層中。正是這種特殊的地質條件造成了在上軟下硬地層中盾構隧道掘進與一般地層的不同之處。主要體現在：1)上軟下硬地層掘進易造成地表沉降；2)上軟下硬地層掘進刀具磨損嚴重；3)上軟下硬地層掘進需頻繁開倉檢查刀具，開倉風險大；4)上軟下硬段地處下坡，對掘進不利；5)爆破預處理區掘進時，由于原有地表注漿孔可能存在封堵不密實，將會出現螺機噴涌、地表冒漿等問題。

3　上軟下硬地層掘進前技術措施

3.1加密補勘

針對上軟下硬地段，在詳勘的基礎上，加密布孔，保證沿線每5 m有一個地質取芯資料，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

發現孤石，需提前采取破碎處理。

3.3大里程上軟下硬段預裂爆破及注漿處理

上軟下硬段大里程部位前期具備預處理條件，設計采用地表鉆孔預裂爆破+深孔袖閥管預注漿工藝。巖石預裂爆破的孔距、深度以及裝藥量等都需進行試驗和檢驗，同時根據規范[4]進行爆破安全校核，要求預裂爆破后巖石塊徑不大于30 cm，滿足螺機出渣要求。

3.4換刀點的設置及加固措施

區間聯絡通道范圍均設計為換刀檢查點，采用旋噴樁提前對隧道范圍進行預加固處理。

4　小里程段上軟下硬地層掘進技術

4.1推進參數

左右線在上軟下硬地層中實際刀盤轉速1.5 rpm，掘進速度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～20環，中心刀15環左右。其中內圈滾刀較多出現偏磨，外圈滾刀除偏磨外，還有斷刀圈及缺口等現象。

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，盾構外部水體匯集刀盤及土倉內，當動水壓力較大時，為防止坍塌又需要保證較高土壓力，易造成螺機噴涌。采取措施如下：1)加入高粘度泥漿，改變渣土的附著性，噴涌現象得到改善，渣土可以順利通過皮帶機輸送。2)縮短同步注漿初凝時間，調整后的漿液初凝時間為2.5 h，基本吻合硬巖段每環純掘進時間3 h。3)及時進行二次注漿，管片外部每5環一道雙液漿止水環封堵。

地層含水豐富，同步注漿容易被稀釋，為保證二次注漿質量，采用如下措施控制注漿效果：1)用高粘度膨潤土泥漿填滿土倉；2)用高粘度膨潤土泥漿填充盾殼，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；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，保證壓力不會瞬時過大造成管片受損。

4.4小里程段上軟下硬地層施工小結

1)保證同步注漿效果，二次注漿要及時跟進，做到常態化；2)不斷嘗試渣土改良工藝，達到最佳效果；3)保證二次注漿工藝質量的同時避免雙液漿對盾構機的損害；4)不能盲目相信地質情況，遇到異常情況時及時停機處理；5)刀具磨損量大，應盡可能多的設置換刀加固區，進行常壓換刀。

5　大里程段上軟下硬地層掘進技術

5.1推進參數

左右線在上軟下硬地層中實際刀盤轉速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，圍巖裂隙發育，若注漿不到位或地表處理過程中封孔不到位，掘進時土倉內可能出現漏氣等情況。因此實際掘進過程中應密切關注土倉壓力情況，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

1)由于硬巖處理段土倉壓力無法有效控制，無法進倉換刀和檢查刀具，若爆破區過長，可能會影響盾構順利通過，建議在爆破區中部設置一處換刀檢查點，該部位無需進行預處理；2)由于炸藥殘留，掘進過程中，洞內有害氣體濃度可能較大，應加強通風和有害氣體的檢查；3)螺機雙閘門設計非常有效，爆破所用的PVC管容易卡住渣口，一旦卡住，疏通時單閘門無法保壓。

6　結語

1)現場條件具備的情況下，應堅決對不良地層進行預處理措施，無條件時也應盡可能創造條件，保證盾構掘進順利，同時降低風險及成本。2)爆破后的注漿施工可進一步優化，同時必須要仔細對殘留孔進行封堵和排查，避免留下安全隱患。3)硬巖掘進，對設備的維護和刀具管理需格外加強，出現異常情況時切忌蠻干。

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

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

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

[4]GB 6722—2014，爆破安全規程[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

A