盾構(gòu)在上軟下硬地層中掘進控制措施

1、盾構(gòu)在上軟下硬地層中掘進控制措施摘要：盾構(gòu)在上軟下硬的地層掘進時，地質(zhì)上下巖層強度相差較大，如平衡壓 力控制不好，盾構(gòu)掘進過程中會引起刀盤切削的上部土體則容易進入土艙內(nèi)；下 部硬巖則掘進困難，容易導(dǎo)致盾構(gòu)機容易上翹、刀盤刀具破損過大等問題。施工 過程中，主要控制盾構(gòu)姿態(tài)、速掘進度及盾構(gòu)機平衡壓力，采用一定的預(yù)處理措 施，使盾構(gòu)機在防止刀盤刀具破壞的同時，避免盾構(gòu)機姿態(tài)不平衡失控而超限。關(guān)鍵詞：上軟下硬；盾構(gòu)掘進；掘進風(fēng)險；對策及控制措施地鐵9號線4標(biāo)花馬區(qū)間掘進過程中通過提前詳細了解地質(zhì)勘查資料、日常加強盾構(gòu)機 的維保工作、采用土壓平衡模式掘進、合理利用盾構(gòu)鉸接千斤頂、加強盾構(gòu)掘進過程中土倉

2、壓力和出土量的控制、盾構(gòu)掘進速度的控制、加強盾構(gòu)掘進過程中地表沉降變化的巡查和監(jiān) 測、優(yōu)化壁后注漿配合比參數(shù)、控制好掘進姿態(tài)、盾構(gòu)掘進參數(shù)控制的情況等，使盾構(gòu)機在 防止刀盤刀具破壞的同時，防止盾構(gòu)機姿態(tài)失控而超界限。通過這些有效的措施，實際施工 過程中花馬區(qū)間左、右線盾構(gòu)均順利、成功的通過上軟下硬地層。一、工程概況及地質(zhì)情況廣州市軌道交通九號線施工4標(biāo)花都廣場站馬鞍山公園站區(qū)間約長1360m，為1盾構(gòu) 段；區(qū)間最小曲線半徑400m，最大路線縱剖26.89%。該區(qū)間自花都廣場站東端引出，一直 沿著迎賓大道東行到達馬鞍山公園站，位于已建迎賓大道下，起止里程： YDK9+864.500YDK11+1

3、65.530。本區(qū)間自地表以下依次是填土層、粉細、中粗、礫砂層、微風(fēng)化灰?guī)r（局部為中風(fēng)化炭 質(zhì)灰?guī)r），砂層厚度大、透水性強，直接與微風(fēng)化灰?guī)r接觸，灰?guī)r強度較高，中間無不透水 層。區(qū)間盾構(gòu)隧道線路沿線基巖以灰?guī)r為主，灰?guī)r中揭露的巖溶有容蝕裂隙、溶洞、土洞、 斷層等，以溶洞為主，局部有土洞。隧道主要穿越3-2沖積-洪積中砂層、3-3沖積-洪積礫 砂層、4-2淤泥質(zhì)土層、5C-1A灰?guī)r可塑軟塑殘積土層，局部穿越9C-2炭質(zhì)灰?guī)r微風(fēng)化 帶，盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)為上軟下硬。二、盾構(gòu)在軟硬不均地層掘進風(fēng)險盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進時，由于掌子面的巖面巖性強度相差較大，刀盤在破巖過程中， 巖面對刀具磨損嚴(yán)重、損壞多、刀

4、具更換困難等使掘進受阻而盾構(gòu)掘進緩慢，掘進方向容易 發(fā)生偏差。刀盤受力不均致使主軸承受損或主軸承密封被破壞。且由于上下部地質(zhì)在刀盤受 力不均勻的情況下，同樣的刀盤推力和刀盤轉(zhuǎn)速，下部巖層掘進進尺較緩慢，上部掘進相對 較快而造成盾構(gòu)機上部的地層擾動過大，同時在同步注漿不及時和注漿量不足，容易導(dǎo)致地 面沉降或塌陷甚至影響嚴(yán)重影響周邊建筑物損壞等，而且盾構(gòu)管片脫出盾尾后易發(fā)生上浮等 情況。三、盾構(gòu)在軟硬不均地層掘進對策及控制措施盾構(gòu)機在上軟下硬復(fù)合地層施工過程中，主要是要保證在盾構(gòu)機在推進過程中保持盾體 的平衡，其在上軟下硬的土層掘進控制難度較大，工況轉(zhuǎn)換頻繁，巖面起伏較大及巖體的完 整程度和強度差

5、別較大。為了避免盾構(gòu)在掘進過程中出現(xiàn)抬頭和沉降以及地面塌陷等事故的 發(fā)生。主要采取以下相對應(yīng)的措施：1、提前詳細了解地質(zhì)勘查資料。全面掌握本區(qū)間的地質(zhì)巖面的起伏情況，視必要提前 進行巖面起伏較大的區(qū)域進行地下巖層爆破或在巖面凹谷部位進行注漿填充加固，以減少盾 構(gòu)掘進過程中的沉降現(xiàn)象。2、日常加強盾構(gòu)機的維保工作。盾構(gòu)機作為隧道掘進設(shè)備必須保持良好的安全運行與 備用狀態(tài)，才能更有效地發(fā)揮設(shè)備的效率，形成最為全面合理的掘進運行方式，防止各種不 正常故障的出現(xiàn)。3、盾構(gòu)機的選型。針對本區(qū)間的上軟下硬及巖性情況，采用土壓平衡掘進模式。由于 下部為巖層，掘進速度比較慢，而上部土層受擾動容易造成塌陷。因此

6、必須在保證泡沫基本 功能的前提下減小泡沫的注入量和發(fā)泡倍率，注入合適的泡沫或泥漿進行渣土改良，以減少 刀具及刀盤的磨損。泡沫溶液的組成比例為泡沫添加劑原液5%，水95%；發(fā)泡倍率15倍， 摻入率45%。4、合理利用盾構(gòu)鉸接千斤頂，改變刀盤傾角，一加強對硬巖部位的切割，提高盾構(gòu)掘 進過程中的軸力控制能力。調(diào)整盾構(gòu)機推進千斤頂?shù)膮^(qū)域油壓，硬巖區(qū)域推進千斤頂油壓較 軟巖部位適當(dāng)加大，以控制千斤頂?shù)暮侠碜饔命c，抵消上拋力，以控制好盾構(gòu)軸線位置和隧 道坡度。5、加強盾構(gòu)掘進過程中土倉壓力和出土量的控制。土倉壓力要比采用朗金理論計算壓 力略高0.001-0.003Mpa，以減少土影響范圍內(nèi)地表沉降值，避免

7、壓力過高造成地面隆起，嚴(yán) 格控制掘進速度，均勻掘進，維持土倉壓力相對穩(wěn)定，土倉壓力控制在0.09-0.11Mpa較好。 出土量控制，嚴(yán)禁多出土，每環(huán)出土量控制在47-53m3，最大不超57m3，。同時密切注意出 渣渣土的物理性能，做好理論渣土和實際渣土量的比較，保證出渣量與掘進速度一致，避免 冒頂。停機前也要憋土保壓，以防止掌子面坍塌。6、盾構(gòu)掘進速度的控制。掘進過程中如掘進速度過快，螺旋輸送機運輸速度過快或到 達極限，土倉的土體不能及時排出，出土量不穩(wěn)定，會造成土倉壓力過高失控，必須密切掘 進過程中的土倉壓力值得變化，盾構(gòu)掘進速度控制在50-100mm/min之間，當(dāng)盾構(gòu)糾偏時應(yīng) 適當(dāng)調(diào)整較

8、小速度。7、加強盾構(gòu)掘進過程中地表沉降變化的巡查和監(jiān)測。嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求進行隧道 影響地面范圍內(nèi)進行布置沉降觀測點，掘進過程中加強管理巡查及加大監(jiān)測頻率做好沉降值 與盾構(gòu)機掘進參數(shù)之間關(guān)系的對比分析，總結(jié)出適應(yīng)該地層掘進參數(shù)和注漿參數(shù)。及時收集 相關(guān)信息進行對比分析。及時調(diào)整推進參數(shù)，減少對地層的擾動，控制地面沉降。8、優(yōu)化壁后注漿配合比參數(shù)，合理調(diào)整同步注漿配合比，根據(jù)地層條件和地下水以及 周邊條件等，通過現(xiàn)場試驗優(yōu)化確定。配合比參數(shù)為水泥150kg/m3，粉煤灰240kg/m3，膨 潤土 60kg/m3，砂930kg/m3，水480kg/m3，通過試驗加入適量早強劑，使?jié){液凝膠時間縮

9、短到35h，使同步注漿盡快發(fā)揮其止水作用，防止管片背后水力通道的形成，可以有效防 止或減小噴涌的發(fā)生，阻止管片上浮。同時，及時進行二次雙液補強注漿，對管片背后進行 堵水，防止管片上浮超限。9、盾構(gòu)掘進參數(shù)控制，對于上軟下硬地層，施工技術(shù)參數(shù)控制如下：掘進推力：盾構(gòu) 掘進的推力主要表現(xiàn)為滾刀的破巖原理，推力越大扭矩則越大，而扭矩占破碎功力的主要部 分。推力越大，刀盤破巖削切下來的渣土就越多，同時在掘進過程中由于刀盤上下部受力不 均勻，下部受力較大，上部受力較少，如果推力過大勢必造成部分刀具磨損嚴(yán)重甚至刀座變 形、刀盤變形等。同時刀盤轉(zhuǎn)速也必須控制好，刀盤轉(zhuǎn)速不能過快，根據(jù)本區(qū)間的施工經(jīng)驗， 刀盤

10、轉(zhuǎn)速控制在1.6rpm較好。渣土的管理控制：在上軟下硬地層掘進時，應(yīng)嚴(yán)格控制每一循 環(huán)排土器工作的次數(shù)，嚴(yán)格控制出土量，有必要時，在渣斗中劃上刻度，以便計算和控制出 土量，達到平衡出土。同時為更好地做好土倉壓力的控制，及時采取措施保持泡沫系統(tǒng)工作 狀況良好，并根據(jù)渣土的性能和狀態(tài)及時地添加泡沫劑，使渣土具有很好的軟流塑狀，且為 控制掌子面的穩(wěn)定，適當(dāng)在倉內(nèi)增加膨潤土進行渣土改良，避免發(fā)生渣土噴涌而出現(xiàn)地層超 挖的情況在造成地面沉降或塌陷的風(fēng)險。渣土溫度控制：如渣土溫度過高容易形成了泥餅， 刀具不能抵推掌子面切削巖土，同時造成刀具嚴(yán)重損壞，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用功能和工作效 率，正常情況下，渣土溫度過高應(yīng)及時的停止繼續(xù)掘進。應(yīng)加入稀的膨潤土泥漿進行刀盤降 溫措施。四、結(jié)束語盾構(gòu)在上軟下硬地層施工必須采取合理的施工措施，采取有效的施工質(zhì)量控制方法和安 全生產(chǎn)的管理方式，提前加強地質(zhì)風(fēng)險的分析和判斷。針對地質(zhì)情況合理進行盾構(gòu)機選型， 加強設(shè)備的維修和保養(yǎng)以提設(shè)備使用效率和工程成效。在上軟下硬地層盾構(gòu)掘進過程中，盾 構(gòu)機泡沫管由于經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，必須做好及時的疏通以防止形成泥餅造成扭矩過大和土倉內(nèi) 渣土升溫較快而出現(xiàn)一系列的問題。密切關(guān)