田超

摘要：隨著地鐵盾構(gòu)施工的發(fā)展，在盾構(gòu)施工過程中所遇到的地層也是更加豐富多樣，文中結(jié)合盾構(gòu)掘進中所遇見的中風化、強風化巖層掘進中所采用的相關技術工作做了總結(jié)。在施工過程中不斷對相關參數(shù)和工藝的優(yōu)化，如同步注漿控制、二次注漿控制、氣壓輔助掘進、換刀等;提高了工作效率，降低了施工成本，節(jié)約了施工工期，為今后的類似地質(zhì)條件下的地鐵盾構(gòu)工程提供了相應的借鑒與參考。

Abstract： With the development of subway shield construction， the strata encountered during the construction of shield tunnels are also more diverse. The relevant technical works used in the mid-weathered and strongly weathered rock formation encountered in shield tunneling are summarized. During the construction process， the parameters and processes are continuously optimized， such as synchronous grouting control， secondary grouting control， air pressure assisted excavation， tool change， and so on. The work efficiency is improved， the construction cost is reduced， and the construction period is saved， which provides corresponding reference to the subway shield engineering under similar geological conditions.

關鍵詞：盾構(gòu)機選型;刀具配置;注漿控制;氣壓輔助;換刀

Key words： shield machine selection;tool configuration;grouting control;air pressure assist;tool change

1? 工程概況

1.1 概況

溧水站～中山東路站區(qū)間（以下簡稱溧～中區(qū)間）位于溧水區(qū)永陽鎮(zhèn)交通路與秦淮大道交叉口南側(cè)附近，自溧水站南端頭始發(fā)，至中山東路站北端頭接收。起止里程：YDK24+950.600～YDK26+481.500，長1530.900m，共計1276環(huán)管片隧道頂埋深12.1～26.1m左右。

1.2 施工環(huán)境

1.3 工程地質(zhì)及水文情況

1.3.1 地質(zhì)情況

溧～中盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)情況非常復雜主要穿越：強根據(jù)鉆孔揭露結(jié)果，溧～中區(qū)間穿越的地層主要為J31w-2強風化安山巖、J31W-3P破碎狀中風化安山巖、J31w-3R軟弱狀中風化安山巖、J31w-3中風化安山巖。最高強度184MPa，裂隙水大，其中上軟下硬349m，全斷面1000m，破碎帶180m。（表1）

1.3.2 水文情況

①地表水。本區(qū)間在里程YDK25+952.2東側(cè)約40m有一水塘，水塘水面高程20.51m（吳淞高程系），水深1.6m，淤泥厚度0.6m。②地下水。溧水站～中山東路站區(qū)間其特征如下：根據(jù)勘察報告所述的地層結(jié)構(gòu)和地下水賦存條件，本標段地下水類型主要為松散地層中的孔隙水和基巖裂隙水。

2? 盾構(gòu)長距離硬巖掘進方案的研究與實踐

2.1 盾構(gòu)機選型

2.1.1 盾構(gòu)機選型

本區(qū)間盾構(gòu)掘進根據(jù)地層及周邊環(huán)境采用了遼寧三三工業(yè)SS32000復合式土壓平衡盾構(gòu)機，設備總重量約為450t，主軸承直徑3.13m，設計壽命15km，最大扭矩6650kNm，脫困扭矩8320kNm;復合式結(jié)構(gòu)刀盤材質(zhì)Q690+Q345 ，刀盤開口率34%，中心開口率50%，刀盤總重量70T。盾體長度9.62m后部拖車64m，總長度為73.62m。

2.1.2 刀盤選型

2.2 盾構(gòu)進出洞端頭加固

根據(jù)地質(zhì)報告，中山東路站接收端頭隧道范圍內(nèi)地層主要以自穩(wěn)性較高的中風化安山巖為主，施工環(huán)境相對安全，因此，接收端頭無需進行地基加固。溧～中盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)端頭洞門范圍內(nèi)地層主要以強度等級較高、自穩(wěn)性較好的強風化安山巖及中風化安山巖為主，因此，本次溧水站始發(fā)端頭加固采用：袖閥管注漿+GFRP玻璃纖維筋補強的加固方式。

3? 長距離硬巖盾構(gòu)快速掘進關鍵技術的研究及創(chuàng)新點

3.1 同步注漿參數(shù)控制技術研究及創(chuàng)新

在掘進過程中由于地下水豐富，原漿液凝固時間較長，封水及填充效果不理想，導致噴涌現(xiàn)象時常發(fā)生，為減少噴涌，提高掘進工效，優(yōu)化漿液配比，控制注漿方量。

①及時調(diào)整漿液的配合比，使?jié){液初凝時間達到6-8小時，起到良好的填充作用及止水效果。②結(jié)合地層的填充系數(shù)以及富水因素，計算出每環(huán)注漿量約為5-5.5m3，施工中嚴格控制，保證管片壁后漿液的飽滿度，防止管片上浮。

3.2 二次封環(huán)注漿技術研究及創(chuàng)新

為加強盾構(gòu)機盾尾的止水效果，減少盾構(gòu)機后方來水補充至土倉，造成螺機噴涌，影響施工掘進，主要采取二次注漿封環(huán)技術。

3.2.1 二次封環(huán)注漿技術

跟機在盾尾后二次注漿（雙液漿），形成止水環(huán)箍，加快同步注漿凝結(jié)時間，達到封堵盾構(gòu)機后方水源目的，減少了噴涌、降低管片上浮和成型隧道滲水。

封環(huán)注漿位置及時間：漿液注入位置在盾尾后第4環(huán)，第5環(huán)進行注漿，相鄰兩環(huán)注漿點位錯開呈梅花形布置。

3.2.2 二次封環(huán)注漿技術優(yōu)化

前期施工中，采用每10環(huán)封環(huán)注漿的技術，噴涌次數(shù)有所減少，但效果仍不理想，噴涌制約掘進時間還是較多，后通過改進，將注漿時間調(diào)整為每5環(huán)進行注漿的方法，噴涌次數(shù)明顯減少，為達到封環(huán)注漿最佳效果，對注漿時間再次進行優(yōu)化調(diào)整，掘進過程中環(huán)環(huán)進行封環(huán)注漿，結(jié)果理想，噴涌現(xiàn)象得到了有效的制止，提高了盾構(gòu)掘進時間。

3.3 掘進參數(shù)的控制技術研究及創(chuàng)新

3.3.1 掘進參數(shù)設定的理念

硬巖掘進對刀具損壞較大，以保護刀具為原則，掘進參數(shù)的選擇以貫入度為基準來控制調(diào)整掘進速度和總推力。

3.3.2 盾構(gòu)掘進不同地層參數(shù)控制

3.3.3 掘進參數(shù)的管理

①當扭矩波動最大值與最小值相差20bar，停機開倉檢查刀具。②當掘進參數(shù)實際值超過設定值時，停機開倉檢查刀具。③每推進30環(huán)，停機開倉檢查刀具。

3.4 氣壓輔助掘進施工技術研究及創(chuàng)新

3.4.1 氣壓輔助掘進施工原理及優(yōu)點

原理：氣壓輔助掘進施工是指利用盾構(gòu)機上的空壓機向土倉內(nèi)注入空氣建立倉壓。使氣壓同開挖面裂隙內(nèi)水壓平衡，減少了倉內(nèi)外來水的進入，防止噴涌，也減少了地下水的流失有利于控制地面沉降或塌陷。

優(yōu)點：氣壓輔助掘進倉內(nèi)渣土量少，在相同推進速度下，使用氣壓輔助工法，盾構(gòu)機推力及刀盤扭矩相對較小，從而減小了巖層對刀具的磨損，降低了開倉換刀頻率，提高了掘進效率，同時也降低了盾構(gòu)機故障率，詳見表7。

3.4.2 氣壓輔助掘進的工序流程

第一步：將空壓機產(chǎn)生的氣體利用保壓系統(tǒng)輸入土倉內(nèi)。第二步：調(diào)節(jié)保壓系統(tǒng)壓力設定值使之與地下水壓力平衡。第三步：通過螺機出土，并利用土倉壁上的觀察孔，觀察渣土位面高度。第四步：渣土位面高度達到施工需求。第五步：開始掘進。

3.5 換刀方案技術研究及創(chuàng)新

3.5.1 壓氣換刀

3.5.2 常壓換刀

由于每次氣壓換刀施工周期較長，且區(qū)間換刀頻率為65環(huán)/次，如果延用壓氣換刀方案繼續(xù)施工，單純壓氣換刀理論時間總需140天，無法滿足節(jié)點工期要求，因此當盾構(gòu)掘進到中風化安山巖地層中，圍巖穩(wěn)定情況下，優(yōu)化換刀方案，將壓氣換刀方案調(diào)整為常壓換刀方案，加快每次換刀時間，為盾構(gòu)掘進爭取時間。

3.5.3 常壓換刀的優(yōu)化

隨著封環(huán)注漿止水效果越來越好，盾構(gòu)后方來水越來越少，為進一步加快換刀速度，對常壓換刀進行優(yōu)化。將停機封環(huán)注漿調(diào)整為掘進過程中封環(huán)注漿。

優(yōu)化后常壓換刀主要工藝流程為：邊推進，邊封環(huán)注漿→人員進倉→換刀。

3.5.4 開倉換刀工藝優(yōu)化功效分析

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文對在地下水豐富的中（強）風化巖層中的盾構(gòu)掘進進行了詳細的研究和分析，對于在該地質(zhì)情況下的盾構(gòu)施工所常見的施工問題進行了細致的總結(jié)。在該工程環(huán)境中盾構(gòu)施工，易產(chǎn)生刀具磨損、螺機噴涌、掘進工效較低、管片上浮等施工問題。但是通過研究與總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)通過對地質(zhì)情況、同步注漿、二次注漿漿液質(zhì)量、掘進施工參數(shù)等的相關問題的研究，把握好施工控制重點和關鍵施工技術，就能在施工過程中提高施工質(zhì)量;減少盾構(gòu)機負荷，提高施工效率，節(jié)約施工工期;降低材料消耗，合理節(jié)約施工成本，創(chuàng)造施工效益。

參考文獻：

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[3]李茂文，劉建國，韓雪峰，陳壽根.長距離硬巖地層盾構(gòu)施工關鍵技術研究[J].隧道建設，2009（04）.