《土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术第38卷2021年第6期广州建筑GUANGZHOUARCHITECTURE土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术黄恒儒(广1市盾建地下工程,广州510030)摘要:上软下硬复合地层是盾构隧道中的不良地层之一.文章针对这类地层的主要特征,分析了土压平衡盾构机掘进通过时容易产生姿态上抬,刀具损坏,地面沉降,土仓结泥饼,卡螺旋机的风险,提出刀具配置和更换,掘进控制,预设换刀区几方面的对策,并列举了一些对掘进时异常情况的区分和处理方法,可为类似工程提供参考.关键词:土压平衡盾构;上软下硬复合地层;对策ConstructionTechnologyofEart
2、hPressureBalanceShieldintheSoftUnderHardCompoundStrataHUANGHeng-ru(GuangzhouMunicipalDunjianUndergroundConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510030)Abstract:ThesoftunderhardcompoundstrataisoYleoftheadversestrataonshieldtunne1.Aimingatthemaincharacteristicsofthesestrata,analysisofearthpressurebala
3、nceshieldtunnelingriskofpostureelevate,cuttingtoolsdamage,surfacesubsidence,soilstorehouseknotmudcake,screwmachinewasstuck.Puttingforwardthecuttingtoolsconfigurationandchange,tunnelingcontrol,presetcuttingtoolsreplacementareainseveralaspectscountermeasures,andlistedsomemethodsabouthowtoidentifyandha
4、ndletheabnormalsituationinthetunneling,pro-videareferenceforsimilarprojects.Keywords:earthpressurebalanceshield;thesoftunderhardcompoundstrata;countermeasures1引言在盾构工程中.由于地质情况的复杂多变.一条隧道往往存在几种地质,水文特征相差悬殊的地层组合.在广州,深圳的地铁隧道建设过程中,便常见隧道洞身上部为软土,下部为硬岩组成上软下硬复合地层.在此类地层中施工,盾构机在同一断面中掘进时同时遇到了两个地层极端,极大地增加了施工难度,如果采
5、取的施_T方法失当或者考虑不够周全,往往使工程进度停滞不前,对周围环境产生不良影响甚至造成重大平安事故.2上软下硬复合地层的主要特征上软下硬复合地层主要是由上部的土层和下部的岩层组合而成的岩土复合地层_lJ.盾构隧道中的上软下硬复合地层.其土层和岩层之间的过渡层很薄甚至没有,分界线明显,上部的土层较为软弱,不能过多承受施工扰动,而下部的岩层的单轴抗压强度往往高达几十甚至一百兆帕以上.3盾构机掘进上软下硬地层的风险盾构隧道中上软下硬复合地层的土层和岩层过渡较快和性质差异显着的特点,使得盾构机在掘进时容易产生以下施工风险:(1)由于底部为硬岩,刀具贯人岩面困难,18广州建筑GUANGZHOUARC
6、HITECTURE2021年第6期顶部为软土,刀具切削土层容易,因此盾构机掘进时垂直姿态容易上抬.(2)地层软硬不均,刀具在软硬交界的地方容易磕碰岩面,造成刀圈崩坏,刀轴密封漏油等刀具损坏情况;而如果掘进速度过慢(小于4ram/rain)时滚刀不转,又容易造成刀偏磨.(3)底部为硬岩,掘进速度慢,上部软土因扰动大而容易变形和造成水土流失,尤其是在富水地层中.如果控制不好造成喷涌,更容易导致地层损失,最终导致地面沉降过大.(4)为维持上部软弱地层的稳定,土仓内常需保持较高土压,同时因盾构机掘进速度慢,摩擦作用使得仓内土体温度升高,从而容易产生“结泥饼的现象.(5)土仓内渣土性质不均一,在螺旋机出
7、土时水和稀泥排出较易.剩下的石渣那么容易堵在螺旋机出土口,将螺旋机卡死.4降低施工风险的对策为了降低盾构机在上软下硬复合地层中的掘进风险.可采取配置适宜刀具,选择合理掘进参数,及时检查更换刀具等施工对策.4.1刀具的配置刀具的配置以滚刀为主,同时根据刀盘结构的设计均匀布置一定数量的刮刀,并且宜选择耐冲击性较高的硬岩刀.滚刀的布置为刀盘中心区采用双刃滚刀,正面区和边缘区采用单刃滚刀.4.2刀具的更换滚刀出现刀圈崩裂和崩缺,刀圈偏磨,刀轴密封漏油,刀圈移位等非正常磨损的情况应立即更换;正常磨损的更换时机根据刀具配置和刀具组合的情况以磨损量确定,一般中心区和正面区的滚刀磨损量达23C1YI时须更换.
8、边缘滚刀磨损量达11.5cm时应该更换.而在此类地层中掘进一般刮刀容易出现掉落,崩缺,变形等非正常损坏情况,应及时检查更换.4.3盾构机掘进控制正确的操作方式是盾构机平安顺利通过上软下硬复合地层的关键所在,实践经验说明,以下几点是掘进施工时关注和控制的重点:(1)由于地层不均匀,掘进时采用低扭矩,低转速.降低刀具与硬岩之问的冲击力,减少刀具在碰撞产生的崩裂,脱落,变形等不正常损坏.(2)掘进速度一般控制在820mm/min,贯入度控制在38mrrdrev.减少因刀具不转而偏磨和刀具受冲击力产生崩裂,脱落,变形的现象;同时,也使得切落的岩块大小适中,易于和泥土搅拌均匀和通过螺旋机排除,减少岩块过
9、大卡螺旋机的现象和岩层被磨成细颗粒容易结泥饼的现象.(3)可采用半土压半气压的掘进模式,即掘进时土仓压力一半由气压一半由土压提供.这种掘进模式有利于保持掌子面土体稳定,控制姿态防止盾构机上抬,减少渣土对刀具的摩擦而造成损坏和降低因土压过高导致结泥饼的现象.(4)视地层的含水量而注入适宜的泡沫改进渣土,使排土更加顺畅.(5)做好同步注浆和补充注浆,控制好每环出土量.4.4预设刀具更换区根据岩层的性质和坚硬程度估计所有刀具完好的情况下盾构机能掘进的距离,并以此为根本参数设计预备换刀区域.对预备换刀区的地层工程地质,水文地质,地面情况,隧道埋深进行调查.分析该区域是否适合压气作业,如不适宜那么进行预
10、加固处理(可根据地面条件选择地面预加固或洞内加固).5盾构掘进异常的区分和处理盾构机在上软下硬复合地层中掘进,出现异常时根本表现为以下几种情况:(1)推力小,扭矩小,速度明显低于正常且很难提高.出现这种情况时很可能大局部刀盘中心和正面区域的刀具已损坏,应立即采取措施停机开仓检查更换.(2)推力大,扭矩大,速度明显低于正常且很难提高,此时土仓内很可能结了泥饼,可采用注入分散剂启动刀盘高转速的方法甩掉泥饼或开仓检查处理.(3)其他参数根本正常,扭矩跳动较大时可能局部刀具已经损坏,建议开仓检查更换.黄恒儒:土压平衡盾掏在上软下硬复合地层中的施工技术19(4)排出的渣土温度明显比平时高,可能出现刀具损
11、坏或土仓内结泥饼的现象,建议开仓检查.6工程实例深圳地铁1号线后瑞站一固戍站区间在其里程SK36+199.460SK36+129.260处共约70m隧道的上部洞身为花岗岩全风化和残积土土层,下部洞身为单轴抗压强度达90MPa的花岗岩硬岩(见图1).盾构机从里程SK36+199.460往里程SK36+129.260的方向掘进,而在里程SK36+129.260后面接着是一段全断面硬岩.经工程部研究,此地段是典型的上软下硬复合地层,因盾构机压气系统不完备故采取加固地层的方法预设换刀区,根据岩石的强度,岩面高度和隧道关系的变化情况,已往的施工经验决定将换刀加固区设在里程SK36+199.460,SK3
12、6+175.000及SK36+152.000处.-zx,>:二,一=,-aLDh,-lq一国,一,=幺O-5.26,-,一,/I_干三-=/鹦一/一,国4),I一支那么国!:/l/;羚,l008垒匝淤泥囤强风化花岗片麻岩兰一细砂中风化花岗片麻岩:I壁!萋匝粗砂查1微风化花岗片麻岩蓦图1上软下硬地段地质剖面示意图(1)2021年12月2日,盾构机在l#加固区(SK36+199.460)完成了刀具更换(所有滚刀更换为硬岩刀)并开始进入上软下硬地段,采用小推力,小扭矩,刀盘转速为1.5rpm,贯人度控制在381Ilin/rev,土仓压力100150kPa(掘进时气压60100kPa,土压405
13、0kPa)的掘进参数;2021年l2月7日进入2#加固区(SK36+175.000)并更换8把滚刀;2021年12月13日进入3#加固区rSK36+152.000)并更换滚刀5把.f2)2021年12月18日扭矩跳动频繁,但推力,速度正常,掘进3.5环;2021年12月19日推力增大,扭矩增大,速度降低,掘进3环,初步判断有结泥饼现象,但还是决定再掘进2环到达硬岩区后再处理;2021年12日20日推力继续增大,扭矩明显减小,速度降至不超过5mm/min,排出的渣土温度明显提高,到达硬岩区后l开仓检查发现:土仓中心回转体已结泥饼,滚刀损坏l3把,其中中心区4把双刃滚刀刀圈已脱落.7结语深圳地铁1
14、号线后瑞站固戍站区间在SK36+199.460SK36+152.000处上软下硬地段设置了三个换刀区,配置硬岩刀具并采取合理的掘进参数,于2021年12月2日至12月13日完成掘进47.5m.更换滚刀l3把,平均日掘进约4.3m,每环损耗刀具约0.41把;在SK36+152.000SK36+129.260地段掘进时出现异常情况没有及时采取处理措施,最终7天只掘进了22.7m,更换滚刀13把,平均日掘进约3.2m,每环损耗刀具约0.86把.可见盾构在上软下硬复合地层中施工,合理地配置刀具和选择检查更换区域,选择掘进参数并保持控制,出现异常情况及时分析处理是关乎平安,进度,经济的大事.参考文献1】竺维彬,鞠世健,史海鸥.广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究IM1.广州:暨南大学出皈社,2997.21徐济平管会生.盾构通过不良地质的施工技术对策lJ.建筑机械化,2004,(1O).
