２０１ ５年第２４期 Ｉ总第３３９期） 嘲黎两妻嘴 （ＣｕｍｕｌａｔｉｖＮｅｔＯ．ｙＮ２Ｏ４．２０１ ５ ３３９） ．泥水盾构在上软下硬地层中的施工技术探讨 龙国强 （广东华隧建设股份有限公司，广东广州５１００００） 摘要：文章结合在广州地铁九号线施工的一些经验，分析了在泥水盾构施工中遇到上软下硬地层施工的难点，探 讨了通过从盾构机适应性的要求、掘进参数的控制等方面去采取相应的措施，从而去提高泥水盾构在上软下硬地 层中掘进效率及安全。 关键词：泥水盾构；上软下硬；岩层；施工技术；掘进效率 文献标识码：Ａ 中图分类号：Ｕ４５５ 文章编号：１００９—２３７４（２０１５）２４—００９２－０２ ＤＯＩ：１０．１３５３５／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４４０６／ｎ．２０１５．２４．０４５ 广州所处地区的地质构造、水文条件非常复杂、岩 土特性多种多样。在这个区域进行地铁施工，会遇到 各种各样的地质风险和施工难题。就从目前广州地铁完 偏移。盾构掘进时引起的振动和环流系统的波动也会加 剧对周边地层的扰动，从而造成地面出现沉降。 成的多条线路的施工中，就非常频繁地遇到盾构需要在 上软下硬地层中掘进，特别是泥水盾构在这类地层中施 ２施工控制措施 ２．１盾构机的适应性 ２．１．１扭矩推力的要求。盾构机选型之初，要考 虑盾构机装备足够大的刀盘驱动力矩和盾构推力，特别 工时，局限于其环流输送系统的特点，遇到的问题会更 多。在广州地铁九号线隧道施工中，就存在以石灰岩为 主，风化程度不一、岩层与软土层交错的上软下硬地 层。本文介绍了在这段区间泥水盾构施工中采用的一些 掘进控制方法和措施。 是正常最大工作扭矩应不小于５０００ｋＮｍ，确保刀盘在复 杂地层情况下的掘进安全系数。 ２．１．２破碎机的配备。盾构机的环流系统也要考 虑装备破碎机，以具备对切削岩块的进一步破碎，减小 ｌ上软下硬地层中泥水盾构掘进的难点 当盾构在上软下硬地层里掘进时，由于整个开挖断 面围岩整体性差，刀盘滚刀在岩面上进行碾压，破裂面 渣土岩块粒径，提高环流系统的输送顺畅性。 ２．１．３刀盘的开口率的控制。对于泥水盾构机而 言，过大的岩块进入土仓将不容易通过管路输送出去， 会在岩层裂隙处产生，不均匀的岩块崩落进土仓，很多 体积较大的岩石块，常常在土仓排泥口、排泥管的弯管 处以及排泥泵造成堵塞，严重影响了环流系统的稳定。 而且容易堵塞排泥口。因此，当泥水盾构机上软下硬岩 层地层掘进时，可考虑将刀盘的开口尺寸进行针对性减 小。部分较大的岩块能在刀盘前可以有效碾磨破碎，而 不是直接从过大的刀盘开口中直接进入土仓内。 岩面的软硬不均会让盾构机刀具在转动切削中不断 与突出的岩面发生碰撞，使得刀具受到很大的冲击造成 ２．１．４刀具的选用。软岩中夹杂大石块及中风化 地层和微风化地层的交界面，形成类似孤石的状态。刀 盘转动过程中，给孤石周围轨迹线内的刀具造成巨大的 损坏，从而降低盾构的掘进效率，甚至损伤刀盘。盾构 姿态也容易在软硬不均地层内向偏软的方向发生惯性的 三根以上。要注意抽取比例的均匀性，要求试验得到复合 地基的承载力达到设计要求。对复合地基进行静载试验 后，地基的承载力达到了ｌ５０ｋＰａ，相较于原有地基的承载 力复合地基的承载力显著提高，达到了施工设计要求。 参考文献 【１】龚晓南．复合地基理论及工程应用【Ｍ】．北京：中国 建筑工业出版社，２００２． 【２】白冰 肖宏彬・ 土工程若干理论与应用【Ｍ】・北 京：中国水利水电出版社，２００２． ［３】牛志荣，李宏．复合地基处理及其工程实例【Ｍ】．北 京：中国建材工业出版社，２０００． 作者简介：黄尚枫（１９８１一），男，浙江绍兴人，长沙市岳 麓区工务局工程师，研究方向：铁路、公路、市政道路设计。 ６结语 通过对施工结果进行检测证明，桩体的密度已经达 到了设计要求，在对地基进行处理后复合地基的承载力 达到设计要求。桩体施工至今，一直没有出现倾斜和沉 降的情况，研究证明此工程使用碎石桩对地基进行处理 是合理的。 ．（责任编辑：秦逊玉） ９２． 冲击。中心滚刀转动不良，刀圈受到轴向剪切力过大， 泥管带出，部份大粒径的碎石也会在土仓内磨成小碎石 从送泥管带出。但逆推的排渣效率很低，时间一久必然 造成土仓被渣土堆满。 使得刀圈断裂。盾构机选用的滚刀、贝壳刀和刮刀都必 须采用特殊硬质高强度合金钢。为应对过大冲击对刀具 的损伤，滚刀的刀圈应选用硬度在ＨＲＣ４５￣５０。同时滚 刀的启动扭矩需结合地质情况进行相应的增大，确保轴 承具有足够的承载力，确保所有刀具复杂地层条件下具 备高的使用寿命，减小更换刀具的频率和次数。在刀盘 通过使用土仓循环泵，加大泥水盾构机土仓内的泥 浆流量，使得岩块不易大量积存在底部的排泥口，有利 于渣土的排出。 ２．２．５人工开仓清除石块。由于岩体破碎切屑过程中 外周环部还必须安装外周保护刀，与外周环上的硬质堆 焊一同发挥防止刀盘外周部磨损的作用。 ２．２盾构掘进控制 将有较多粒径不一的碎石自行剥落，无法通过环流带出的 大粒径碎石将积存在土仓内，因此掘进过程中应密切关注 推力、扭矩的变化，当推力、扭矩异常增大时要立即停机 ２．２．１刀盘转速和推力的控制。刀盘转速，掘进 开仓检查，人工清除土仓内积存的大粒径岩块。 速度太快或是刀盘转速过高都不能较好的切碎岩体，同 ２．２．６注浆管理。在盾构机掘进过程中，要及时 时容易造成刀具的偏磨。通常盾构掘进的速度决定刀具 对土体与管片间的开挖间隙及时进行注浆填充。要考虑 的贯入度，速度越大刀具入岩的进尺越大。而盾构在上 盾构姿态和开挖扰动的影响，实际注浆量往往要达到理 软下硬的岩层中内掘进，由于岩体存在裂隙发育，刀具 论计算空隙的１３０％￣１８０％。注浆压力根据切口水压和埋 进尺过大会使得开挖掌子面的岩体沿裂隙整块剥离，起 深厚度进行确定，一般比切口水压大１ＯＯｋＰａ左右。同 不到切碎岩体的作用，并且剥离下来的大块岩体无法带 时，注浆过程中还应根据地表隆陷监测情况进行调整和 出，会堆积在土仓内影响盾构的掘进。因此盾构在这类 动态管理。在结构与地层变形不能得到有效控制、下穿 地层掘进，其速度要控制在１５ｍｍ以内，并且刀盘的转速 地面建筑物或存在地下水渗漏区段，通过吊装孔对管片 也不能超过ｌｒａｐ／ｍｉｎ，以减少刀具撞击到突出岩石时受 背后进行补充注浆，以增加注浆层的密实性并提高防水 到的瞬间反冲力，从而对刀具起到一定的保护作用。 效果。必要时间隔５～１０环注入双液注浆（水泥浆＋水玻 ２．２．２盾构姿态的控制。进入上软下硬地层后， 璃）形成止浆环，减小地下水渗漏通道。 盾构机的推进千斤顶由于受力不均，导致盾构机方向控 ２．３泥浆质量控制 制困难，造成盾构姿态出现偏差。因此，在掘进过程中 由于多处在全断面岩层和开挖断面内无全风化岩层 密切观察盾构机自动测量系统的盾构姿态的趋势，提前 或黏土层，地层的造浆能力差。而要稳定开挖断面内软 采用改变推进千斤顶数量和改变铰接行程的方法对盾构 弱地层并确保泥浆的携渣能力，需要浓度较高的优质泥 姿态进行调整，提前将盾构机往另一侧压，防止盾构机 浆。在掘进中需要及时检测泥浆的黏度、比重、析水率 超限。同时，如果刀盘设置有仿形刀，也可以利用仿形 等参数，确保泥浆具备较高性能的指标。泥浆比重可控 刀对硬岩部分适当超挖亦可以避免盾构机姿态偏移过 制在１．２５～１．３５ｇ／ｃｍ。，黏度２４￣２６ｓ。由于地层的造浆 大。如盾构姿态已经发生较大的误差时，需及时遵循 能力差，随着不断推进，泥浆消耗速度也非常快。要结 “连续、缓纠”的原则逐个方向地进行纠偏。同时，在 合地质情况事先储备较高浓度的泥浆进行备用，或者储 纠偏过程中要经常松开一下顶在管片上的千斤顶，防止 备足够高质量的膨润土进行及时的调浆补充。 对管片造成损坏。 ２．２．３切口水压的控制。在上软下硬的地质条件 ３结语 下，隧道开挖断面上部及隧道项部存在较为松软的土层 通过在广州地铁九号线上软下硬地层中的施工经验 或砂层。为了保证施工过程和地面建筑物的安全，必须 来看，盾构机进行针对性的适应性改造，并在施工中采 保持掌子面稳定，必须要推进过程中保持切口水压稳 用信息法指导施工，采取针对实际地质条件的掘进方案 定，防止切口水压变化幅度过大引起上部土层的坍塌或 和控制措施，可以确保泥水盾构在上软下硬地层中施工 者击穿地面引起冒浆。 的效率和安全。 ２．２．４环流操作控制。通常泥水盾构掘进，环流 是采用正循环，而盾构在上软下硬岩层中掘进，由于岩 参考文献 体破碎会有较大粒径的碎石进入土仓无法从排泥管带 ［１】竺维彬，鞠世健．复合地层中的盾构施工技术【Ｍ】． 出，使得环流容易堵塞无法掘进。因此盾构在此类地层 北京：中国科学技术出版社。２００６． 【２］杨书江．广州地铁大石一汉溪区间盾构施工关键技术 掘进，当出现环流堵塞情况后，结合逆洗送正操作，及 Ｕ】＿现代隧道技术，２００４，（４１）． 时通过正送尽可能多的排出石块。始终保证土仓内岩块 和渣土不急剧增多，虽然掘进速度慢但可保证盾构的正 作者简介：龙国强（１９８５一），男，广西桂林人，广东华 常掘进。可大大减少开仓取砾的次数，提高进度。不能 隧建设股份有限公司工程师，研究方向：盾构施工技术。 单一采用逆循环掘进，这样部分小粒径的碎石可通过送 （责任编辑：秦逊玉） ．９３．
