土壓平衡盾構(gòu)機(jī)過南太子湖施工參數(shù)研究

黃明

武漢市漢陽市政建設(shè)集團(tuán)公司 湖北 武漢 430000

引言

目前，國內(nèi)水下隧道施工已有先例，但在武漢城市地鐵建設(shè)中采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)長距離穿越湖底施工卻尚屬首次。其中超淺埋湖底隧道掘進(jìn)防噴涌、超長距離湖底隧道掘進(jìn)技術(shù)控制、長距離湖底成型隧道防水技術(shù)等等，技術(shù)難度及安全風(fēng)險(xiǎn)較大。基于此，依托六號線一期工程二標(biāo)段過南太子湖盾構(gòu)工程，對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在穿越湖底的一系列過程展開施工技術(shù)研究[1]。

1 工程概況

本區(qū)間內(nèi)里程K2+350至區(qū)間設(shè)計(jì)終點(diǎn)K3+623.238為南太子湖水域（1273.2m），其中K3+000～K3+350為東方高爾夫球場（穿湖923.2m）。勘測期間測得湖面高程18.1m，湖底高程在17m左右，水深約1.0～1.5m。最大水深2.1m。

區(qū)間隧道主要經(jīng)過地層為10-1b粉質(zhì)黏土、10-2角礫土（強(qiáng)透水層，含承壓水 ）、15a-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和15a-2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

車城東路站至江城大道站左線區(qū)間采用土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)過程中由盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄盾構(gòu)操作過程中的全部掘進(jìn)參數(shù)，包括刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速、土艙壓力、各組推進(jìn)油缸壓力、各組推進(jìn)油缸行程、總推力、貫入度、泡沫壓力、注漿壓力等數(shù)十個(gè)參數(shù)。結(jié)合本工程的地層特點(diǎn)和土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)特性，以下將主要選取掘進(jìn)速度、總推力、刀盤扭矩這三個(gè)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工進(jìn)度，選取509環(huán)至828環(huán)（共計(jì)320環(huán)）的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。該區(qū)段穿越的地層條件較為復(fù)雜，按地層特征分為三個(gè)區(qū)段：509環(huán)至558環(huán)（共計(jì)50環(huán)）為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，559環(huán)至678環(huán)（共計(jì)120環(huán)）為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的混合巖層地層，679環(huán)至828環(huán)（共計(jì)150環(huán)）為角礫層。對這三個(gè)區(qū)段掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析[2]。

2.1 總推力統(tǒng)計(jì)分析

對中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的混合巖層、角礫巖的盾構(gòu)掘進(jìn)各環(huán)總推力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總推力變化趨勢如圖1所示。

圖1 各環(huán)總推力變化趨勢圖

混合巖層條件差，掘進(jìn)過程中總推力受多種因素影響，數(shù)據(jù)波動幅度較大，較不穩(wěn)定，而角礫巖地層中地層條件相對較好，總推力值較為穩(wěn)定，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層中總推力值分布規(guī)律正好介于二者之間。以上規(guī)律在各地層總推力分布曲線圖中可以得到很好的體現(xiàn)。

2.2 刀盤扭矩統(tǒng)計(jì)分析

對三種巖層的盾構(gòu)掘進(jìn)各環(huán)刀盤扭矩進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，變化趨勢如圖2所示。

圖2 各環(huán)刀盤扭矩變化趨勢圖

而從整個(gè)變化趨勢上看，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從混合巖層掘進(jìn)至角礫層的過程中，刀盤扭矩呈現(xiàn)下降趨勢，最后趨于穩(wěn)定。

2.3 掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)分析

對三種巖層的盾構(gòu)掘進(jìn)各環(huán)掘進(jìn)速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，變化趨勢如圖3所示。

圖3 各環(huán)掘進(jìn)速度變化趨勢圖

比較三種地層的掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差，混合巖層的掘進(jìn)速度值離散性較大，波動性較明顯。從掘進(jìn)速度變化曲線可以看出，盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中掘進(jìn)速度不斷提升，直至掘進(jìn)進(jìn)入角礫層之后便趨于穩(wěn)定[3]。

4 結(jié)束語

（1）土壓平衡盾構(gòu)對于水下城市軌道交通隧道建設(shè)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，通過對盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)檢查和全面檢修，對盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的把控，可以確保盾構(gòu)機(jī)在水下掘進(jìn)過程保證良好的工作狀態(tài)。

（2）通過對車江區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，總推力和刀盤扭矩在推進(jìn)進(jìn)入角礫層時(shí)有一個(gè)明顯的下降趨勢，而掘進(jìn)速度及最大土艙壓力則是一個(gè)明顯的上升趨勢。

（3）在強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的混合巖層中，盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)都存在明顯的離散性，且數(shù)據(jù)波動較大，不夠穩(wěn)定。說明在該巖層段，應(yīng)盡量控制盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)平穩(wěn)，保證安全推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 竺維彬,鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2006:297.

[2] GB50299-1999.地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.

[3] 龔秋明,佘祺銳,王繼敏,等.不同層厚層狀巖體對TBM開挖的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(7):1442-1449.