复杂地层盾构施工技术研究
复杂条件下盾构施工技术(1)-选型及砂卵石地层
盾构选型中的地质因素： 广州地铁沿线的工程地质、水文地质条件比较复杂,其中最重要的特点是工程范围内的岩土均一性差,物理力学特性差异大。地铁围岩既有十分松软富水的淤泥质土、中细沙层,又有较坚硬的砂砾岩、花岗片麻岩、混合岩,以及介于上述两类岩土之间具不同风化程度的软塑～ 硬塑状粘性土层。软硬相间的红色砂泥岩是地铁隧道施工的主要地层。因此选择用于广州地铁施工的盾构时,要求它必须有与上述地质条件相匹配的性能。
7
转速控制 （微调性）
好
差
好
A:由于变频，可控制转速和进行微调 B:由于采用离合器，不能实现无级调速 C:控制液压泵排量，可控制转速和进行微调
8
噪音
小
小
大
C:液压系统的噪音一般大于电动机系统
9
盾构内 温度
低
较低
较高
C:液压系统功耗大，故温度较高
10
维护保养
易
易
较困难
B:维护保养工作较少 C:液压系统的维护和保养一般较复杂，要求较高。
3．盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境因素、基地条件等。 工期制约条件 因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。 造价制约因素 一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。 环境因素的制约 敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机。
盾构类型与颗粒级配的关系
一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。 盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。
复杂岩溶地层地铁盾构施工影响的关键技术研究
复杂岩溶地层地铁盾构施工影响的关键技术研究发布时间：2023-03-02T06:47:39.205Z 来源：《工程建设标准化》2022年20期作者：丛英学[导读] 本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
丛英学中交隧道工程局有限公司江苏省南京市 211100摘要：本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
关键词：岩溶地层；地铁盾构；施工影响；关键技术1岩溶地层处理1.1处理原则全填充溶洞属于基坑开挖面之外内容，在经过钻孔探测之后，如果填充物是硬塑状黏土，探孔没有渗漏水现象，那就不需要加固并对溶洞注浆，如果填充物是其它类型，那就要对溶洞注浆和加固。
开挖面以内的穿越状全填充型溶洞，如果填充物属于硬塑状黏土，开挖之后没有渗漏水、填充物比较稳定，那就不要清理填充物，只要对一些空洞回填注浆即可；如果填充物是其它物质就要注浆和加固。
盾构法施工过程中，除了建筑物涵盖的地区，其他地区使用地面处理方式，辅之以洞内处理。
1.2不同地区地铁工程的处理措施1.2.1处理措施的相同处我国地铁工程存在岩溶地层，通常使用间歇式注浆法，使用纯水泥浆、水泥砂浆等材料。
划分溶洞的时候需要考虑溶洞、结构距离、溶洞填充种类和溶洞高度等数据。
1.2.2处理措施的不同处一些城市要考虑隔水层，进而确定隧道底部的加固大小。
一些城市会考虑周围的建筑环境，从而更好地把握隧道两边和底部的加固大小。
施工人员选择注浆压力的时候，一些城市会参考地下水压力，根据注浆孔位来判断注浆压力。
结合隧道两边的处理范围，一些城市选择6m的直径盾构。
隧道底部的处理处理直径位于2m-10m之间。
1.3处理要求对于处理结果的要求，不同地区的地铁设计要求不一样，施工人员在具体验证的时候需要花费一些成本，试验的离散性较大。
以下是普遍的岩层地层处理结果要求，受限，岩溶地层在加固之后任意选择钻孔取芯，采取抗压试验，无侧限的抗压强度值大于0.5MPA。
盾构施工过程中地层变形与沉降规律研究
盾构施工过程中地层变形与沉降规律研究盾构施工是一种常用的地下工程施工技术，它通过在地下挖掘隧道来满足城市发展和交通运输的需求。
在工程建设过程中，地层变形与沉降是一个重要的研究课题。
本文将从盾构施工过程中地层变形和沉降的原因、规律以及对工程安全的影响进行探讨。
首先，地层变形和沉降的原因有多种。
盾构施工过程中常常需要在地下进行挖掘，而地下的岩层和土层是相对稳定的。
一旦破坏了地下的平衡状态，地层就会发生变形和沉降。
盾构施工会对地下的土体施加较大的力量和应力，导致土体的变形。
此外，盾构施工过程中的挖掘、注浆和尾闸施工等作业也会对地层产生振动和应力，进而引起地层的沉降。
地下水位的变化也是地层沉降的一个重要因素。
其次，盾构施工过程中地层变形和沉降具有一定的规律。
一般来说，地层的变形和沉降会呈现出一个较长的时间过程，并随着施工的进行而逐渐增加。
变形和沉降的速度和幅度与盾构施工的进度、土体的物理性质、施工的方法和工艺等因素密切相关。
在盾构施工初期，地层的变形和沉降速度较慢，随着施工的深入，变形和沉降速度逐渐加快。
在施工完成后，地层的变形和沉降速度会逐渐减小，最终趋于稳定。
此外，地层的变形和沉降往往存在着不均匀分布的情况，即在施工轴线附近变形和沉降较大，在两侧逐渐减小。
最后，地层的变形和沉降对工程安全会带来一定的影响。
首先，地层的沉降会导致上部建筑物的沉降和变形，从而影响其结构安全。
其次，地层的变形和沉降会对地下设备和管线造成损坏，影响城市的正常运行。
此外，地层的沉降还可能引起地面的下沉和坍塌，给周围环境带来安全隐患。
因此，在盾构施工过程中，需要采取一些措施来减小地层变形和沉降的影响。
例如，在盾构施工前需要进行充分的勘察和设计，选择合适的工艺和施工方法，以减小对地层的影响。
在施工过程中需要进行监测和控制，及时对出现的变形和沉降进行修复和加固。
综上所述，盾构施工过程中地层变形和沉降是一个复杂的研究课题。
在施工过程中，地层的变形和沉降主要受到施工工艺、土体性质和地下水位等因素的影响。
钱塘江复杂地层下土压平衡盾构施工技术
１ 工 程 概 况
１１ 工程 简 介 ． 滨 江 站 一富 春 路 站 区 间 为杭 州地 铁 １号线 工
盾 构 需穿 越 长度 距 离 约 ５０ ２ｍ。盾构 穿 越 面 临喷 涌 和刀 具 磨损 风 险 严 峻 。同 时 ， 中段 部分 区段盾 构 江
处 于 粉 细 砂层 和 圆砾 层 之 间 ，这 种 上 软 下 硬 的复 合 地层 进 一 步增 大 了掘 进施 工 的难 度 。
图 １ 隧遭 线 路 平 面示 意 图
２１ 前 期 准 备 工作 ． ２１１ 轴线 调 整 ．． ２１１１ 隧道 纵 剖面 轴 线 调整 ， ．．．
区 间隧 道 线 路 特 征 ：平 面最 小 曲线 半 径 Ｒ＝
４ ０ｍ， 大 坡 度 一 ８０ ％ ， 道 覆 土 ９４～２ ． ｍ ０ 最 ２ ．５ 隧 ． ８１
细砂 和 圆砾 。地 层物 理 参 数见 表 １ 列 。 所 １３ 工 程控 制 要 点 ． （ ）过 江 段 盾 构 穿 越 粉 细砂 层 和 圆砾 １ 层 ， 中 圆砾 层 侵入 隧道 断 面最 大 深 度 约 为 ３１ 其 ．ｍ，
过江段隧道顶部距离 ３０ａ 遇河床 冲刷 线 ０ 一 距 离 ５—７５ｍ。从 规避 施 工 风 险角度 出发 ， 过 分 ． 通 析 江 中段 盾 构 穿 越 地 层 及 盾 构 覆 土 层 地 层 情 况 ， 采 取 上 调 隧道轴 线 １５／。 ． ｒ ｌ 根 据 新 调 整 的隧 道 轴 线 ，盾 构 穿 越 江 中段 时 穿 越 的主 要 地 层 不变 ，但 圆砾 层 侵 入 隧道 断 面 的 最 大深度 由 ３１ 降到 １ Ｉ ．ｍ ． １；盾构 穿越距 离 由 ２Ｔ ５ ２ 降 到 了 １７ｍ。大 大 的规 避 了圆 砾 层 和 承 压 ０ｍ ９ 水 对 盾 构掘 进 的风 险 。 ２ １１２ 隧道 纵 平面 轴线 调 整 ．．． 针 对钱 塘 江 中局部 个 别勘 探 孔侵 入 隧 道界 限 。在 盾构 掘 进施 工 时 ， 易造 成 钱塘 江水 通 过 未 极 回填密实 的勘探孔 回灌 至隧道 ，造成螺旋条件复杂 。盾构
盾构工程施工过程中的技术难题及解决方案研究
盾构工程施工过程中的技术难题及解决方案研究盾构工程作为一种先进的隧道施工方法，在城市地下空间的开发和建设中扮演着重要角色。
然而，在盾构工程施工过程中，会遇到一些技术难题，如地质情况复杂、土层松散、水文条件恶劣等，这些问题给施工过程带来了一定的风险和挑战。
本文将对盾构工程施工过程中的技术难题及解决方案进行研究，以期提供针对这些难题的有效解决方案。
首先，我们来研究地质情况复杂这一难题。
盾构工程施工过程中，地质情况的复杂性可能使施工工作变得困难。
例如，地层中可能存在岩溶洞或水下岩石等问题，这些问题会给盾构机的钻掘和推进过程带来风险。
为解决这一难题，一种解决方案是采用先进的地质勘探技术，如地质雷达和地质声波探测技术，对施工区域进行详细的地质勘探调查。
通过准确获取地质信息，可以帮助施工人员预测地质情况，制定相应的施工方案和风险控制措施。
另外，可以结合井下注浆、围岩刺激等地质治理技术，在施工过程中对地质问题进行处理，提高施工的安全性和稳定性。
其次，我们来研究土层松散这一难题。
在盾构工程施工过程中，土层松散可能导致隧道坍塌、泥水涌入等问题，给施工带来风险和困难。
解决这一难题的关键是加强土层固化和支护工作。
首先，可以采取人工固化方法，如注浆、喷锚等，将土层变得坚固，增加施工的稳定性。
另外，可以采用机械辅助施工方法，如地压平衡盾构机、泥水平衡盾构机等，通过机械设备的力量将松散土层处置在安全的范围内。
此外，合理设计和选择盾构机的工作参数，如刀盘转速、刀盘压力等，也可以提高施工的效率和安全性。
然后，我们来研究水文条件恶劣这一难题。
在一些地区，盾构工程施工过程中可能会面临水文条件恶劣的挑战，如地下水位高、水压大等问题。
这些问题会对盾构机的钻掘和推进过程带来一定的困难。
为解决这一难题，一种解决方案是采取有效的排水措施。
例如，可以通过打井、水泵等设备将地下水抽排出来，降低地下水位。
此外，可以在施工现场设置防水屏障，如防水帷幕、管道防水等，阻止地下水的涌入。
复杂地质条件地铁盾构施工技术要点及安全影响因素
复杂地质条件地铁盾构施工技术要点及安全影响因素地铁是现代城市中不可或缺的交通方式，其建设需要克服复杂的地质条件，因此盾构施工技术应运而生。
盾构施工技术是以盾构机为工具，利用土压平衡原理，沿着预定线路将地下隧道掘进而成的技术。
本文将探讨复杂地质条件下的盾构施工技术要点及安全影响因素。
一、复杂地质条件下的盾构施工技术要点1.岩溶地层的施工岩溶地层是一种特殊的地质条件，在施工过程中容易发生地面塌陷和井下涌水等问题。
此时，应在进入岩溶地层前进行详细的地质探测和覆盖层的评估，并选择合适的环保型泡沫封闭液进行封闭，防止盾构机挖掘的物质对周围地下水体和生态环境造成污染。
2.软土地层的施工软土地层会出现洞落和塌陷的情况，因此需要采用泥水平衡掘进法和注浆加压掘进法等技术，保证在土体稳定的情况下进行施工。
另外，在施工过程中需要注意使用浅层隆起和内撑等技术，避免导致地面下沉和建筑物倾斜等问题。
3.高风险地质条件下的施工高风险地质条件包括地震、断层和活动构造等，这些地质条件容易导致隧道发生破裂或坍塌，因此在施工前需要进行详细的地质勘测，选择合适的隧道路线，并采用先进的地震监测技术和现代的地震隔震技术，从而确保隧道在地震情况下的稳定性和安全性。
二、复杂地质条件下的盾构施工安全影响因素1.地下水体地下水体是盾构施工中的主要安全问题之一。
地下水体的污染和渗漏会对隧道的安全性和周围环境造成巨大影响。
因此，在施工过程中需要采用有效的隔离措施，如膨润土墙、注浆和管道封堵等。
2.建筑结构盾构施工会引起周围建筑物的振动和沉降，可能会影响到建筑物的稳定性和安全性。
为此，在施工前需进行全面评估和分析，采用行之有效的监测技术和控制措施，避免对周围建筑物造成不可逆转的影响。
3.管线盾构施工对周围的电力、燃气、自来水等管线造成的损害是不可忽视的。
在施工前应充分掌握周围管线的位置和布局等信息，并进行详细的管线保护措施，避免对管线的损害和断裂。
结论盾构施工在复杂地质条件下的技术和安全影响因素是十分复杂的，要做好盾构施工的技术要点和安全措施，需要充分的经验和技术积累。
复杂环境下砾砂地层盾构连续切削群桩施工关键技术研究
复杂环境下砾砂地层盾构连续切削群桩施工关键技术研究发布时间：2022-07-27T06:48:50.894Z 来源：《建筑实践》2022年5期（上）作者：胡如成[导读] 结合沈阳地铁四号线盾构在复杂环境下连续切削37根混凝土桩的工程案例胡如成中铁五局集团电务城通工程有限责任公司，湖南省长沙市，410205摘要:结合沈阳地铁四号线盾构在复杂环境下连续切削37根混凝土桩的工程案例，通过对盾构机直接切削群桩的施工特点和风险分析，对刀盘刀具选择、渣土改良和螺旋输送机等针对性设计，掘进参数设置、渣土改良和沉降控制辅助工法等施工关键技术研究，研究结果表明在富水砂砾地层采用辐条面板式刀配置贝壳刀作为先行刀切削刀具体系、有轴螺旋机、土压平衡模式、膨润土加泡沫的渣土改良、适当当提高刀盘转速、均匀较少的掘进速度、贯入度和采用克泥效等辅助工法可确保盾构在复杂环境下富水砾砂地层盾构连续切削群桩施工的安全顺利。
关键词：复杂环境；富水砾砂；刀盘刀具；盾构机；连续切削群桩0 引言随着城市轨道交通工程建设的不断推进，导致城市区域内的轨道交通网越来越密集，给盾构隧道施工也带来了诸多新的施工技术难题，如近距离下穿既有运营线、下（旁）穿建（构）筑已成为盾构隧道施工中最为常见的现象，由于隧道线路受限，盾构机正面遇到钢筋混凝土桩基障碍物的情况时有发生[1,2]，施工过程中，考虑常规盾构机切削桩体存在较大施工风险，一般会选择拆除原建（构）筑物、地面拔桩、冲击和开挖竖井凿桩等方式处理[3～6]。
但在地表周边环境、地质及水文地质复杂的的边界条件下，无法采用传统方式预先处理，须采用盾构机直接切削桩体通过，而这也面临在切削混凝土钢筋桩体过程中，会产生刀具破坏、钢筋缠绕刀盘、卡螺旋输送机、桩体周边约束力不够提前被盾构机拉扯断形成孤桩和切削桩体时连续高温导致刀盘结“泥饼”等一系施工难题，从而引发施工安全风险，且目前盾构机切桩技术在国际范围内尚未完全成熟，相关的研究还未全面深入，论文以沈阳地铁四号某地铁盾构区间左线切削车站20根结构围护桩为工程背景，对盾构在复杂环境下连续切削群桩施工关键技术的理论研究及施工过程中采取控制措施进行论述，为后续类似工况下的盾构截桩施工提供参考依据。
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构法是一种现代化的地下隧道施工方法，在复杂地质条件下，特别是在软弱地层中进行盾构施工是一项技术难题。
本文将重点介绍盾构在复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工的技术。
盾构的主要作用是切削地层，将土层挖掘下来，然后通过螺旋输送器将土层送至后方的槽斗中，最后将土层通过输送带或车辆运出隧道。
在软下硬的泥岩地层中，盾构施工面临的主要问题是地层的不稳定性和切削困难。
为了解决地层不稳定性的问题，可以采取以下措施：
1.加固地层：在盾构前方一定距离的地方，先进行地层加固。
可以采用注浆法、灌浆法等方式，将土层固化，增加地层的稳定性。
2.合理布置衬砌：在盾构施工过程中，可以设置衬砌结构，用于加固地层。
常见的衬砌结构包括钢筋混凝土衬砌、纤维增强塑料衬砌等。
在切削困难的泥岩地层中，盾构面临的主要问题是切削力大、切削效果差。
为了解决这个问题，可以采取以下措施：
1.选择合适的刀具：根据地层的特点，选择合适的刀具。
对于泥岩地层，可以选择强力的切削刀具，例如硬质合金刀具。
2.增加滞后曲线：在切削过程中，可以采取增加滞后曲线的方式，减少挤压和抗拔作用，从而减小切削力。
3.调整切削参数：根据地层的特点，调整切削参数，例如刀具转速、进给速度等，以获得最佳的切削效果。
盾构在复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的施工技术包括加固地层、合理布置衬砌、选择合适的刀具、增加滞后曲线和调整切削参数等措施。
通过这些技术手段，可以有效地解决复杂地质条件下盾构的施工问题，保证施工过程顺利进行。
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复杂地层盾构施工技术研究
【摘要】在分析工程重难点的基础上,对包括盾构机选型和刀具配置等盾构机主要技术参数进行较深入的探讨。
同时,对掘进模式的优选、掘进参数、盾构机姿态的控制和同步注浆参数的设定等方面的技术措施进行了研究,总结出了一套较为成熟的施工技术方法。
【关键词】隧道;冲洪积扇地层;盾构掘进
北京地铁4号线北宫门-龙背村调出井盾构区间所处地质条件比较特殊,穿越永定河冲洪积扇,并受到西北玉泉山和香山等山脉的影响,且局部穿越出露的极硬岩,具有山前冲洪积扇地层的复合特性,施工难度大,
施工技术要求高。
对包括盾构机选型和刀具配置等盾构机主要技术参数进行较深入的探讨以及对掘进模式的优选、掘进参数、盾构机姿态的控制和同步注浆参数的设定等方面的技术措施进行了研究,总结出了一套较为成熟的施工技术。
1、工程概况和施工重难点
1.1 工程概况
北京地铁4号线北(宫门)-龙(背村调出井)盾构区间长523.294 m,根据地勘资料,区间穿越第四纪全新世冲洪积层、第四纪晚更新世冲洪积层,局部穿越二迭系红庙岭组。
第四纪冲洪积层主要以粉土、粉质黏土、粉细砂、卵石圆砾层为主;二迭系红庙岭组主要以强~中风化砾岩、微风化砾岩、微风化砂岩、强~中风化砾岩为主。
根据详勘和补充勘探报告显示,北-龙区间大约有190m左右的全断面岩石,该段岩石为微风化砾岩和强风化砂岩,单轴抗压强度最大76.8 MPa。
其余地层主要为粉质黏土、粉土、中粗砂以及全断面的砂卵石层,有较为严重的软硬不均地层出露,具有山前地区的典型特点。
钻孔中实测两层地下水,第一层为潜水,第二层为层间潜水。
由于本段地下水不具有承压性,总体上对盾构施工没有太大影响,但是盾构施工对含水的砂层产生一些不利因素,尤其是盾构开挖面上部的砂层容易受到扰动而引起局部坍塌(图1)。
1.2 工程重难点
由于本工程为山前冲洪积扇地形,地质复杂多变,盾构机在复合地层中掘进需要根据不同的地层情况频繁转换盾构机的掘进模式、掘进参数和注浆参数,同时也要及时调整添加材料的种类和数量。
在岩石地层中掘进,刀具磨损较为严重,导致换刀频率增加,增加了停机时间,对施工工期将产生较大影响。
在上软下硬地层中掘进,如何保证掌子面稳定,以及快速安全的通过是本工程的难点。
2、盾构机主要技术参数
2.1 盾构机选型
根据北京市地铁4号线北龙区间山间冲洪积扇地层的地质特点,对地质断面进行了认真分析,并综合经济合理性的要求,选用了德国海瑞克6.28复合式土压平衡盾构机[1]。
其主要性能参数见表1。
值得注意的是盾构机刀盘的驱动扭矩、总推力的大小是决定一台盾构机是否能适合复杂多变地层的关键参数。
另外,还有刀盘的刚度强度以及刀具的选配也是至关重要的。
2.2 盾构机工作原理
复合式土压平衡盾构机的工作原理则是向掌子面土体注入泡沫剂和膨润土等塑流性材料,与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌,形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体,同时通过控制盾构机推进千斤顶速
度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配,经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力,实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进[2]。
由于复合式土压平衡盾构机可以根据不同地层的地质条件,设计和配制出与之相适应的泡沫剂等,从而适应各类复杂地层的施工条件,故近年该盾构机型在隧道工程中得到广泛应用。
2.3 刀具配置
由于山前冲洪积扇区段地质情况复杂,为避免在“上软下硬”地段换刀的风险,刀具布置时应按照牙型交错连续排列的原理,确保盾构机刀具的切削轨迹布满开挖全断面,其具有切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌。
盾构机的刀盘采用平面直角形式,全部采用滚刀配置,即边缘区5把双刃滚刀;正面区8把双刃滚刀;中心区6把双刃滚刀。
为了减少滚刀在软弱地层掘进的“偏磨”和“糊死”,在中心区和部分正面区滚刀附近加焊了几把齿刀(羊角刀),刀面高度比滚刀刀面低15 mm[3]。
滚刀和刮刀分别高出刀盘面板175 mm和140 mm;双刃滚刀的刀刃间距100mm,通过刀盘布局,中心区的刀间距为100 mm,正面区的刀间距100 mm,边缘区的刀间距30 mm。
以此可以看出,边缘区的破岩能力是最强的,而中心区的破岩能力最弱。
同时,由于在刀盘转动时,边缘区刀具的线速度最大,所以磨损也最快。
3、盾构掘进时的主要技术措施
通过在施工前对该区间进行了较为详细的地质补勘,将探孔尽量设在线路中心附近,加大了钻孔密度(8~12 m/个),认真分析了岩层在断面上的分布情况以及岩性,针对“上软下硬”地层岩面高的特点,采取了许多有效的技术措施,盾构机安全快速地通过了本区段。
3.1 掘进模式的优选
土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式和土压平衡模式三种掘进模式。
根据本区间的地质情况,结合不同地层的特征,所选用的掘进模式也不相同。
(1)全断面岩层掘进:采用敞开式掘进模式,使用泡沫剂来改良渣土。
(2)软弱地层掘进:采用土压平衡模式,渣土改良主要采用泡沫和适量的膨润土。
土仓压力不需要频繁调节,只需要保证土仓压力略大于掌子面的土压和水压力之和即可。
(3)砂卵石及“上软下硬”地层掘进:此段地层比较复杂,断面上地层差异很大。
由于断面上部地层软弱并局部有含水的砂层,所以容易引起上部塌方,所以也采用土压平衡模式掘进。
但在这种不良地层掘进时土仓压力不易控制:过高,则盾构推力和扭矩增大,作用在开挖面的有效推力不易掌握;过低,则易引起开挖面坍塌造成地面沉陷[4]。
3.2 掘进参数
盾构施工前,要根据不同的工程地质特性以及隧道的埋置深度计算确定主要的掘进参数,包括:盾构姿态、推力、扭矩、掘进速度、刀盘转速、贯入度、土仓压力,并根据始发掘进试验段的监测情况进行及时的调整[5]。
值得强调的是,由于土压平衡模式下实际上是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡,所以在实际操作过程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视[5]。
(1)土仓压力:软弱地层及“上软下硬”地层土仓压力80~100 kPa,砂卵石层土仓压力60~80 kPa,停机拼环土压120 kPa以上。
(2)推力及扭矩:推力6000~10000 kN;设定工作油压18MPa(急停扭矩约3500 kN.m);
(3)刀盘转速:全断面岩层转速1.0~1.5 r/min;其余地层转速0.5~1.0 r/min。
(4)贯入度(切削量):软弱地层20~30mm /rpm;砂卵石层15~25 mm /rpm;全断面岩石10~15 mm
/rpm。
(5)同步注浆压力及注浆量:浆液采用水泥砂浆。
软弱地层注浆压力180~280 kPa;砂卵石及岩层注浆压力150~200 kPa。
注浆量大于5.8 m3/环。
(6)螺旋机转速:低于8r/min。
3.3 盾构机姿态的控制
在山前复杂地区掘进时,盾构机姿态控制非常重要,因为地层变化较大,尤其是在硬岩地层纠正盾构姿态难度比较大。
因为硬岩段的开挖难度大,调整千斤顶推力纠偏效果不明显,并且会加大刀具的磨损,同时纠偏过猛,存在盾构机被卡和管片错台加大的风险。
因此,盾构机在掘进时,一定要控制好盾构姿态,一旦盾构姿态出现偏离,要遵循“长距离、缓纠偏”的思想[6]。
而不能是通过猛纠,造成刀具的无谓磨损,甚至盾构机难以前进[6]。
3.4 同步注浆参数的设定
在山前冲洪积扇地层掘进时,由于刀盘和盾体的外径不同,已拼装的管片壁后与围岩之间有14 cm的间隙,如果不能及时注浆回填,管片在千斤顶推力的作用下会产生上移(盾构机推进千斤顶一般总是最下组推力大于其它几组,对管片产生一个向上的分力)。
在复杂地层盾构掘进时,合理控制同步注浆的注浆压力、注浆量以及注浆速度,能够有效遏制管片上浮现象[7]。
同时,保证同步注浆质量,浆液将会在围岩和管片间形成一层致密的防水层,对盾构隧道防水起到第一层保护作用。
因此,同步注浆质量的好坏也是盾构隧道防水的关键。
4、结束语
北京地铁4号线北龙区间隧道所处山前冲洪积扇地层地质复杂,刀盘刀具磨损大,换刀频率高,施工难度大。
通过加强管理、提前策划,尤其是对不同地层的特性进行了认真分析,盾构施工取得了较好的效果,安全快速地通过了本区间,并得出一些盾构施工经验:地质认知是前提,施工技术管理是关键,盾构机选型及合理的参数是保证。
基于本工程山前冲洪积扇地段的盾构施工经验,总结出了一套较为成熟的施工技术方法,主要表现为:
(1)配置合理的刀具,提高刀盘切削土体的效率;
(2)设定适宜的掘进参数和同步注浆参数,确保盾构机在复合地层中能正常掘进;
(3)保证土仓内土压的动态平衡,和螺旋输送机的出土速度,保证盾构机能在岩层中安全快速地掘进。
参考文献
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