軟土地區面板式盾構在硬粘土中施工技術

□文/趙則超

軟土地區面板式盾構在硬粘土中施工技術

□文/趙則超

天津地鐵2號線建國道—天津站區間盾構穿越范圍內上軟下硬，夾雜著淤泥質土和硬粘性75細砂土，盾構穿越75細砂土過程中刀盤前方有結泥餅趨勢，給盾構施工造成極大障礙，經過研究調整了盾構施工參數、制定了相應措施，順利通過了75細砂土。

盾構；面板；粘土；泥餅；軟土

1　工程概況

天津地鐵2號線建國道站—天津站區間，隧道外徑6.2 m，隧道內徑為5.5 m，采用φ6.41 m土壓平衡盾構機進行施工。盾構開挖深度范圍內主要地層為第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層的粉質粘土、淤泥質土及粉土。淤泥質土天然含水量36.8%～59.5%，呈流塑狀；粉質粘土天然含水量22.4%～54.7%。孔隙比0.602～1.417，呈流塑～可塑狀；粉土孔隙比0.564～0.915，攪拌后具備一定的流動性和抗滲透性。

盾構掘進主要在41粉質粘土、42粉土、44淤泥質粉質粘土、52粉土、61粉質粘土、62粉土、71粉質粘土、72粉土、74粉砂之中。具有明顯上軟下硬特征，上部易塌，下部52粉土、62粉土、72粉土中地下水較豐富，水壓較大。

41、51、61、71粉質粘土，透水性較差，屬高含水量、中等靈敏度、中～高壓縮性、低強度、低滲透性的飽和粘土上，蠕變量大，土層的蠕動易造成開挖面失穩，同時由于土層粘性較大，易粘著盾構設備或造成管路堵塞，給掘進帶來困難。

2　掘進

2.1掘進情況

左線盾構在160～240環掘進時遇75細砂，由于該層土粘聚力及內摩擦角均較大，經觀察渣土發現該層土呈有較明顯的分層，渣土呈塊狀，又粘又硬，失水板結后強度高。盾構掘進到180環時，掘進參數出現了較大幅度的波動，到186、187環掘進困難，具體現象：

1)刀盤難以貫入，掘進速度極慢；

2)螺旋機間歇噴涌，出渣呈液態，沒有固體渣土；

3)渣溫急劇升高，見圖1。

圖1　187環渣溫時程

2.2原因分析

1）刀盤開孔率低，面板中心位置半徑1 m左右范圍內被75層土糊住；面板配制61把撕裂刀，75層土糊住面板，撕裂刀喪失開挖能力；邊緣配制12把滾刀，周邊滾刀被75層土糊住，形成泥帶；刮刀高低于面板撕裂刀，喪失開挖能力。

為了驗證農業品牌真實性與網絡口碑之間的關系，以網絡口碑為因變量，品牌真實性為自變量進行線性回歸，結果顯示，回歸方程調整過的R2=0.034，標準β系數為0.205，F(1，119)=5.246，顯著性水平為0.024，小于0.05，說明農業品牌真實性與網絡口碑之間有明顯的正向影響，即H2得到驗證。

2）75細砂內摩擦角及粘聚力均較高，造成掘進困難。

3）刀盤中心2個泡沫孔[1]（共5個）堵塞，中心位置渣土難以改良。

4）土壓設定過高造成土體難以進入土倉，淤積糊住刀盤。

5）土倉內部渣土堆積，和易性降低。

6）渣溫升高加劇刀盤面板上土體板結。

根據以上情況判斷刀盤前方有結泥餅[2]趨勢，鑒于溫度升高現場及時停止盾構掘進尚未形成泥餅，粘土糊住刀盤造成刀盤喪失開挖能力，刀盤轉動時刀盤上粘附土體和掌子面土體發生摩擦，形成泥漿，從螺旋機噴涌，成塊渣土占的比例很少。

3　施工措施

考慮到刀盤前方被粘性土糊住喪失開挖能力，首先向土倉及刀盤前方掌子面注入土體分散劑浸泡24h，期間每1h原地高速旋轉刀盤10 min，使刀盤粘附土體脫離刀盤。恢復掘進后采取以下措施：

1）轉速由原來1r/min提高到2r/min，降低扭矩；

3）結合地面監測情況逐漸降低土壓，略微欠壓推進；

4）加強渣土溫度監測，掘進過程中向土倉注水，控制渣土升溫速度，當渣土超過50℃時停機降溫，避免刀盤前土體固結。

4　采取措施前后盾構參數對比

為有效分析采取措施前后的推進情況，選取在75細砂中掘進的187環與采取措施后200環掘進參數進行對比。

4.1推進速度

187環掘進困難，掘進速度波動較大，平均速度8 mm/min，推進過程中因扭矩過大、渣溫過高多次暫停，該環掘進斷斷續續持續12.5 h；200環速度穩定在20 mm/min左右，共用時50min，掘進順利。

4.2土壓

187環推進過程中頂部土壓基本在0.24 MPa以上，波動幅度較大；200環頂部土壓在0.2 MPa左右，基本穩定。

4.3推力

187環推進過程中推力較大，最大達到30 000 kN，為總推力（42 575 kN）的70%；200環推力降低到20 000 kN左右。

4.4刀盤扭矩

187環刀盤扭矩波動幅度較大，平均為3.5 MN·m，最大達到4.2 MN·m；200環刀盤扭矩平均維持在3.2 MN·m左右。

5　結論及建議

1)本工程在盾構掘進困難時及時分析原因，判斷準確、措施得當，采取措施后盾構掘進逐漸恢復正常，各項參數趨于穩定，渣土良好且能持續排出，保證了該區間順利貫通。

2）軟土地區采用面板式盾構，在遇見粘性土時刀盤中部泡沫注入孔容易堵，要及時疏通，掘進時要持續進行渣土改良，避免土體在土倉及刀盤前淤積。

3）盾構施工時要加強對掘進范圍內地質情況的研究，結合盾構機特點及試驗段掘進情況及時調整盾構推進參數，確保盾構順利施工。

[1]楊乃剛.泡沫在土壓平衡式盾構施工中的應用[J].建筑機械，2005，（8）：108-110.

[2]竺維彬，鞠世健.盾構施工泥餅（次生巖塊）的成因及對策[J].地下工程與隧道，2002，（2）：27-31.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.022

□U455

□C

□1008-3197（2015）02-60-01

□2015-01-05

□趙則超/男，1983年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團有限公司，從事市政工程技術管理工作。