泥水盾構在上軟下硬地層中刀具配置的管理

衛勇

(中鐵三局集團廣東建設工程有限公司,廣東廣州 510000)

泥水盾構在上軟下硬地層中刀具配置的管理

衛勇

(中鐵三局集團廣東建設工程有限公司,廣東廣州 510000)

隨著交通發展,地鐵作為城市交通的一部分將越來越重要。由于地下鐵道的特性,地鐵隧道必然發生地質交叉。在上軟下硬復合地層中進行盾構施工,盾構機的刀盤刀具往往容易磨損嚴重,選擇合適的時機進行對刀具檢查和更換就成為盾構施工中一項無法回避的任務。針對上軟下硬地層周邊環境復雜、開艙作業風險高的問題,研究了帶壓開艙換刀技術。

泥水盾構 上軟下硬地層 刀具配置 管理

1 工程概況

某地鐵工程區處在周邊環境復雜，且地質條件復雜，尤其是區間左右線穿越近3140m高強度硬巖段且間雜軟弱地層，給施工帶來很大的難度。經地質勘探發現，其中有一段線路隧道洞身剛好處于上軟下硬的地層，此類地層影響線路的長度約為130米，由于線路設計已經確定，不能進行改動來避開這個地層，故只有研究處理方案，確保施工的安全。地面沒有條件進行加固處理，在此種情況下決定采用氣壓進倉，保持開挖面土體穩定和氣壓穩定是氣壓開倉的關鍵因素，在開挖面形成泥膜對防止氣體泄露和維持開挖面土體穩定，確保進倉作業人員人身安全和施工的順利進行。

2 復雜地質條件下掘進施工

隧道穿越的復合地層多為強風化層、強風化層以上的全風化層、殘積土層等，這些地層的粘粒或膠粒含量太高，在刀具的切削和刀盤的沖擊作用下，巖塊變成碎屑和粉末狀。加強地質補勘，特別是對上軟下硬的地層分析以及巖層分界線；對周邊建(構)筑物進行詳細調查和鑒定，考慮對房屋基礎進行注漿加固、樁基托換等措施。盾構機刀具的配置是在盾構機刀具設計當中非常重要的內容，其的詳細配置關系到其符合使用的地址條件和要求，如地質本身就是復雜多變，由于勘察技術手段的局限，可能無法有效認知風險源。圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。能有效地保護地下的管線和構造物以及路面和城市綠化，不中斷交通，避免地面施工給市民帶來不便的影響。不僅節約大量資金，而且節省了時間，加快了工程建設的進度。掘進過程中，嚴格控制掘進參數，觀察參數變化，如刀盤轉速、刀盤扭矩、掘進速度和相應的出土量、盾構機的推力等，對于參數突變應立即停機分析原因，不可盲目推進。

3 案例分析

圖1 隧道與事故樓房的位置關系示意圖

(1)事故概況：2009年1月初某日上午，地鐵在建線路東曉南站北7幢民房發生了不同程度的下沉，在上軟下硬地層盾構掘進過程中，應適當增加開艙檢查刀具的頻率，隨時掌握滾刀的磨損情況，以保證刀具切削巖層的能力。盾構表面與地層間的摩擦阻力不均衡，開挖掌子面上的土壓力以及切口環切削欠挖地層所引起的阻力不均衡，也會引起一定的偏差。(2)處理過程：為了保護周邊建筑物和利于盾構掘進，盾構掘進前之前曾考慮過對沿線的離盾構中心線較近或者非樁基礎的建筑物進行袖閥管注漿或者旋噴樁加固，刀具更換宜選擇在工作井或地質條件較好、地層較穩定的地段進行。在不穩定地層更換刀具時，必須采用地層加固或壓氣法等措施，確保開挖面穩定。(3)原因分析：盾構掘進的糾偏量越小，則對土體的擾動越小。由于同時處于小半徑(左線360m、右線350m)右轉彎圓曲線段、上軟下硬地層及下穿密集建筑群，為防止盾構機抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側移動，需要對掘進方向進行預偏。則垂直偏差可調整為-40～-50mm之間。同時應加密移站頻率，減少移站后出現的軸向偏差。如圖1。刀具加劇損耗，刀盤扭矩和盾構機推進阻力均迅速增大，螺旋出土器無法正常出土，盾構機不能往前推進。

4 上軟下硬地層掘進施工措施

(1)球齒滾刀全部跟換為重型滾刀，增強其破巖能力。(2)制作渣樣分析檔案，每一環渣樣收集分析兩次，與詳勘及補勘報告進行對比分析，得出每環實際地層情況；收集每組油缸每環推進過程中的推力值，分析巖面起伏情況；根據分析得出的情況設定推力、扭矩、速度、切口壓力等參數，并根據推進過程中的出渣及參數變化和突變情況對施工參數及時進行調整。(3)施工策劃時，根據以往施工同類地層時刀具磨損情況，結合地質資料、地表情況及隧道埋深情況，先計劃開倉位置，然后進行地質補勘，勘察地層 情況是否與詳勘一直，最終確定開倉位置。(4)盾構在上軟下硬復合底層進行掘進時，要適當降低推力、轉速、扭矩、適當增加泥漿比重、注重管片選型等。

5 盾構機的刀盤設置及刀具的配置

在上軟下硬地層中掘進，軟巖部分只需對掌子面進行切削即可破壞土層，而局部巖石硬度較高，硬巖處刀盤的滾刀受力較大，重視盾構基礎數據的異常反饋，認真分析其異常原因，并采取果斷措施；密切注意工程地質及地表沉降變化情況，及時調整掘進參數、減少對地層的擾動、控制地表沉降在允許范圍內。在盾構推進過程中，因地層的變化，會發生硬巖→穿越硬巖→上軟下硬→軟弱巖層之間的地層轉換，掘進模式應隨著地層變化及時調整。在復合型地層施工時，刀具配置之間的差異主要變相在滾刀和先行刀之間的參數配置．數量．厚度．高度以及相互組合的差異上。盾構有條件根據刀具磨損情況隨時開倉進行刀具檢查或換刀施工。因此，盾構在硬巖段掘進過程中，要求每掘進4～5環，即進行一次刀具檢查。特別是周邊滾刀磨損量的檢查，以保護好盾構機刀盤。

6 結語

盾構法施工是一個系統性很強的工程，其施工技術方案的確定，一定要從土建、機械、安全、經濟各個方面綜合權衡，認真比選。可以將上軟下硬地層盾構施工的安全風險降到最低，并大大提高不良地層的盾構掘進效率，在多方共同努力下，使得右線順利通過上軟下硬的地層。

[1]竺維彬,鞠世健.復合地層中的盾構施工技術[M].北京:科學技術出版社,2006.

[2]米晉生,鞠世健.盾構掘進處理孤石施工技術[J].大直徑隧道與城市軌道交通工程技術,2005.

[3]謝小兵,鐘長平.特殊地段盾構掘進的沉降控制技術[J].建筑機械化,2008.