富水砂卵石地層中盾構(gòu)施工的控制難點(diǎn)及措施

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1、富水砂卵石地層中盾構(gòu)施工的控制難點(diǎn)及措施段浩引言：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)、城市人口數(shù)量迅速膨脹，機(jī)動(dòng)車(chē)輛的數(shù)量呈級(jí)數(shù)比例增長(zhǎng)，原有的市政道路難以滿足交通的需要，為緩解城市交通壓力、創(chuàng)造良好的生活和投資環(huán)境，國(guó)內(nèi)各主要城市均選擇修建地鐵工程來(lái)提升城市形象和投資環(huán)境。隧道是地鐵工程最主要的組成部分，隧道盾構(gòu)法施工具有施工速度快、工期短、洞體工程質(zhì)量易控制、質(zhì)量比較穩(wěn)定且良好的防滲水性能、施工安全系數(shù)高、對(duì)周邊建筑物影響極小、基本不影響地面交通、適合地層范圍廣、地質(zhì)情況復(fù)雜的施工作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)各大城市地鐵建設(shè)熱情的高漲

2、，隧道盾構(gòu)施工方法必將在地鐵建設(shè)中被廣泛推廣應(yīng)用。盾構(gòu)施工雖然有對(duì)地層的廣泛適應(yīng)性、施工安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但因地質(zhì)情況千變?nèi)f化、施工環(huán)境的復(fù)雜性，在盾構(gòu)施工中必然存在盾構(gòu)機(jī)的適應(yīng)性和施工方法、措施的調(diào)整。成都地鐵穿越的地層主要為砂卵石地層并夾雜有粉細(xì)砂層透鏡體，地下水豐富、水位高、補(bǔ)給迅速，國(guó)內(nèi)、國(guó)際在該種地質(zhì)條件下全面實(shí)施盾構(gòu)施工隧道尚不多見(jiàn)，無(wú)較多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，在地鐵建設(shè)史上的應(yīng)是一次重要技術(shù)性突破。截至目前成都地鐵采用泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)施作的隧道，已經(jīng)完成成型隧道1000余米，在施工中出現(xiàn)一些有別于其它地質(zhì)情況下

3、施工的難點(diǎn)，對(duì)這些難點(diǎn)的技術(shù)處理為在富水砂卵石地層中盾構(gòu)施工積累了一些應(yīng)對(duì)的經(jīng)驗(yàn)。成都地鐵地質(zhì)情況描述：13盾構(gòu)隧道從<2-8>、<3-4>、<3-7〉等砂卵石地層中通過(guò)。卵石成分主要為灰?guī)r、砂巖、石英巖，卵石的含量達(dá)67％，中間夾雜大漂石。砂卵石具有分選性差，強(qiáng)度高的特點(diǎn)。<2-8>卵石土（Q4al）：黃灰色，黃褐色，中密～密實(shí)為主，部分密實(shí)，潮濕～飽和。卵石成分主要為中等風(fēng)化的巖漿巖、變質(zhì)巖、砂巖等硬質(zhì)巖組成。磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量65～75%，粒徑以30～70mm為主，鉆探揭示最大粒徑

4、145mm，夾零星漂石，充填物為細(xì)砂及圓礫。<3-4>粉、細(xì)砂（Q3fgl+al）：灰綠色，飽和，中密，夾少量卵石。呈透鏡體狀分布。<3-7>卵石土（Q3fgl+al）：褐黃、黃色，以中密～密實(shí)為主，飽和。卵石成分主要為中等風(fēng)化的巖漿巖、變質(zhì)巖、砂巖等硬質(zhì)巖組成。磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量60～75%，粒徑以30～70mm為主，據(jù)鉆探揭示，最大粒徑150mm，夾零星漂石，充填物為砂及礫石，具弱泥質(zhì)膠結(jié)或微鈣質(zhì)膠結(jié)。隧道通過(guò)的地層含水豐富，根據(jù)鉆孔揭示，隧道區(qū)間分布的卵石土及所夾透鏡狀砂層為地下水

5、主要含水層，含水量豐富，含水層厚20～22.6m，區(qū)間范圍內(nèi)卵石土分選性差，滲透性強(qiáng)。13圖一、盾構(gòu)刀盤(pán)前掌子面地層情況圖二、基坑開(kāi)挖時(shí)土體狀況富水砂卵石地層中盾構(gòu)施工的難點(diǎn)：通過(guò)成都地鐵前一階段盾構(gòu)掘進(jìn)施工的情況來(lái)看，泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在砂卵地層如場(chǎng)地條件許可均可采用。泥水、土壓平衡兩種類(lèi)型的盾構(gòu)機(jī)在成都地質(zhì)情況下施工的共同難點(diǎn)：（1）在掘進(jìn)過(guò)程中砂卵石地層對(duì)刀盤(pán)、刀具、渣土輸送系統(tǒng)等部位磨損嚴(yán)重，造成換刀頻率較高約150米需換刀一次，渣土輸送系統(tǒng)需得到及時(shí)的修復(fù)；（2）地下水位高、掌子面不穩(wěn)定，清倉(cāng)比較困難，換刀

6、時(shí)停機(jī)處易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象；（3）須在降水條件下?lián)Q刀，在建線路的位置換刀地點(diǎn)難以選擇；（4）因地層局部為砂卵石土夾砂透鏡體，土壓平衡盾構(gòu)在通過(guò)時(shí)刀盤(pán)前極易出現(xiàn)固結(jié)泥餅現(xiàn)象，開(kāi)倉(cāng)處理時(shí)易引起地面安全風(fēng)險(xiǎn)；（5）地面沉降槽雖較窄，但沉降量和沉降速率難以控制。下面就土壓平衡盾構(gòu)在該地層中施工中出現(xiàn)問(wèn)題及采取的措施和思路作簡(jiǎn)單介紹，以希望為類(lèi)似地層施工提供借鑒。砂卵石地層施工防止螺旋輸送機(jī)卡死和固結(jié)泥餅的措施：盾構(gòu)機(jī)制約卵石排出有兩個(gè)主要的13約束條件：（1）刀盤(pán)的開(kāi)口尺寸；（2）螺旋輸送機(jī)通過(guò)的最大卵石粒徑的能力。其中基本的約束條件

7、是螺旋輸送機(jī)的通過(guò)能力，刀盤(pán)的開(kāi)口尺寸受螺旋輸送機(jī)能通過(guò)能力制約。為確保卵石不堵塞或卡死螺旋輸送機(jī)，在條件許可的情況下盡可能選擇具有較大輪廓直徑、牙高值和螺距的螺旋輸送機(jī)，使其具有通過(guò)的較大直徑卵石的能力；同時(shí)刀盤(pán)的開(kāi)口尺寸要小于螺旋輸送機(jī)能通過(guò)的最大卵石的尺寸，確保進(jìn)入土倉(cāng)中的渣土能夠順利排出而不至于堵塞螺旋輸送機(jī)。為使盾構(gòu)能夠在砂卵石地層順利掘進(jìn)，應(yīng)選用具有破碎大粒徑卵石能力的盾構(gòu)機(jī)。為能夠破碎卵石刀盤(pán)需要配備滾刀以滿足破碎卵石的功能，使大卵石的破碎成為可能。在砂卵石地層中硬巖滾刀的刃軌跡間距宜參照螺旋輸送機(jī)能通過(guò)的最

8、大粒徑設(shè)定，如本次使用的盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送機(jī)可通過(guò)最大卵石粒徑為240mm，則刀刃軌跡間距控制在200mm的范圍內(nèi)。盾構(gòu)刀盤(pán)面板和刀具布置未使用的螺旋輸送機(jī)耐磨塊情況針對(duì)成都地層水壓高和水量大的特點(diǎn)，為防止噴涌和水壓擊穿盾尾密封，在盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)上采取以下應(yīng)對(duì)措施：⑴提高盾構(gòu)機(jī)防水密封性：a、盾尾密封選用三