重慶地鐵復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)

　　摘要：本文概要介紹了重慶地鐵復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)及施工工序。通過對(duì)方案的具體實(shí)施以及對(duì)施工時(shí)一系列過程的闡述。讓讀者對(duì)重慶地區(qū)復(fù)合地層盾構(gòu)施工技術(shù)有一定的了解，對(duì)從事重慶地區(qū)盾構(gòu)施工的技術(shù)人員有一定的參考作用。

　　關(guān)鍵詞：復(fù)合地層,盾構(gòu),掘進(jìn),施工技術(shù)

　　1.工程概況

　　1.1工程范圍

　　本工程共分2個(gè)區(qū)間，即茶園站～邱家灣站區(qū)間和邱家灣站～長生橋站區(qū)間。分為左右線施工，其中設(shè)有茶園站后盾構(gòu)始發(fā)井及礦山法暗挖段隧道始發(fā)段和黑溝橋明挖段，其余為盾構(gòu)隧道，區(qū)間總長度為4964.688m單線延米，其中盾構(gòu)區(qū)間長4455.688單線延米，礦山法暗挖隧道長312單線延米，黑溝橋明挖段隧道長197單線延米，豎井4座，盾構(gòu)端頭加固工程12個(gè)，聯(lián)絡(luò)通道9座。

　　1.2盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)概況

　　本工程段線路共有2組平面曲線，茶園站～邱家灣站區(qū)間有1組，曲線半徑為3000m;邱家灣站～長生橋站區(qū)間有1組，曲線半徑為600m，區(qū)間左右線間距10～13m。

　　盾構(gòu)從茶園站后礦山法區(qū)間隧道始發(fā)向大里程方向推進(jìn)，線路縱斷面為單面坡(下坡)，茶園站～邱家灣站區(qū)間最大坡度28‰，最小坡度2.0‰，隧道頂部覆土厚度6～14m。邱家灣站～長生橋站區(qū)間線路最大坡度為22.1‰，最小坡度2.0‰，隧道頂部覆土厚度12～22m。

　　隧道為圓形斷面隧道, 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)斷面6.28m, 采用單層預(yù)制混凝土管片襯砌,盾構(gòu)隧道襯砌管片外徑6.0米，厚0.3米，環(huán)寬1.5米，采用3+2+1管片錯(cuò)縫拼裝，轉(zhuǎn)彎環(huán)管片楔形量為38毫米,防水采用遇水膨脹型止水條。

　　管片采用鋼筋混凝土預(yù)制管片, 采用模具成型�；炷翉�(qiáng)度為C50、抗?jié)B等級(jí)為S12。管片端面外側(cè)設(shè)有高彈性止水條, 管片之間連接采用螺栓聯(lián)結(jié)。每環(huán)縱向10根，環(huán)向12根。管片外側(cè)空隙厚度140mm，采用砂漿充填。

　　1.3水文地質(zhì)條件

　　本標(biāo)段區(qū)間隧道所穿過的地層起伏大, 圍巖變化多, 巖層多為砂巖及砂質(zhì)泥巖交互。按業(yè)主提供的巖土工程勘察報(bào)告統(tǒng)計(jì), 隧道穿越的各類巖層情況為: Ⅲ類圍巖657m, Ⅳ類圍巖1275m, Ⅴ類圍巖1228m, Ⅵ類圍巖1186m,回填土類617。根據(jù)招標(biāo)設(shè)計(jì)及補(bǔ)充地質(zhì)勘察資料, 區(qū)間隧道通過的最硬巖層單軸極限抗壓強(qiáng)度為77.3MPa。

　　2.復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)

　　盾構(gòu)在軟硬不均地段的掘進(jìn)：

　　2.1盾構(gòu)在軟硬不均地段施工情況簡介

　　本工程掘進(jìn)所經(jīng)過巖層主要以砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部存在素填土。盾構(gòu)在軟硬不均地段施工時(shí)，由于抗壓強(qiáng)度變化范圍較大，裂隙較為發(fā)育，因此容易造成刀盤刀具的非正常損壞，也會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)姿態(tài)變化較大，所以在此類地層掘進(jìn)時(shí)避免刀具的非正常損壞和保持盾構(gòu)姿態(tài)正確為施工的重點(diǎn)。采用手動(dòng)模式操縱比較合適，主要通過控制推進(jìn)速度的大小來限定推力和扭矩的最大值為控制原則，以此確保正常推進(jìn)作業(yè)。

　　2.2主要施工措施

　　1)地質(zhì)調(diào)查

　　在施工前進(jìn)行了詳細(xì)的補(bǔ)充地質(zhì)勘探，基本查明了隧道范圍內(nèi)的地質(zhì)情況：

　�、� 軟硬不均地段的硬巖分布位置和占開挖面積，軟土的類別和相應(yīng)參數(shù);

　�、� 硬巖的侵入隧道的高度和走勢(shì);

　　③ 硬巖的風(fēng)化狀況、裂隙發(fā)育情況、強(qiáng)度和整體性;

　�、� 是否有其它硬質(zhì)夾雜體存在;

　�、� 軟硬不均地段的上方覆土類別。

　　2)刀具的選擇

　�、� 針對(duì)地層軟硬不均的情況，特別是硬巖分布的位置，結(jié)合各種刀具的破巖特點(diǎn)，在刀盤面板上裝配不同的刀具。

　�、� 為防止在粘性較大軟巖中掘進(jìn)時(shí)形成泥餅，即使在硬巖部位安裝的滾刀中也應(yīng)安裝適當(dāng)數(shù)量的齒刀或切刀，以利于渣土及時(shí)順利地流入土倉中。考慮到在硬巖掘進(jìn)時(shí)破碎下來的巖石可能撞壞切刀、刮刀，在刀具的布置上作了以下的考慮：把切刀、刮刀背向布置，并拉近兩刮刀、切刀之間的距離，在硬巖雙向掘進(jìn)時(shí)能夠?qū)η械逗凸蔚队幸欢ǖ谋Ｗo(hù)作用。

　�、� 在軟硬不均地層掘進(jìn)時(shí)，硬巖部位安裝滾刀。盾構(gòu)采用滾刀進(jìn)行破巖，其破巖形式屬于滾壓破碎巖石。滾壓破碎巖是一種破碎量大、速度快的機(jī)械破巖方法，其特點(diǎn)是靠工具滾動(dòng)產(chǎn)生沖擊壓碎和剪切碾碎的作用達(dá)到破碎巖石的目的。針對(duì)于硬巖的強(qiáng)度和整體性、掘進(jìn)距離、含砂量等特點(diǎn)，確定需要安裝滾刀的位置、超前量、數(shù)量、類型。根據(jù)有關(guān)資料的介紹，滾刀超前量在120～180mm為宜。

　�、� 滾刀的刀圈和刀座的材質(zhì)以及其連接的形式、工藝、輕緊配合程度等是滾刀能否勝任掘進(jìn)軟硬不均的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)硬巖分布的位置、所占刀盤的面積、巖石強(qiáng)度和整體性等慎重考慮和選擇。為防止硬石塊卡在雙刃滾刀兩個(gè)刀刃之間，使?jié)L刀不能正常工作或偏磨，應(yīng)正常選擇雙刃之間的間距和刀刃的形狀。

　　3)掘進(jìn)參數(shù)的選擇

　　① 掘進(jìn)推力一般不超過1000～1500t。

　�、� 在軟硬不均地層中掘進(jìn)時(shí)，刀盤轉(zhuǎn)速不能快，最好是慢慢勻速的向前磨。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，刀盤轉(zhuǎn)速在1.3～1.9rpm為宜。

　�、� 碴土管理

　　A 在軟硬不均地層中，土倉壓力應(yīng)根據(jù)軟土的埋深和相關(guān)物理參數(shù)等決定施工中應(yīng)保持的土倉壓力。

　　但在軟硬不均地段中掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)速度較慢扭矩較大，保持真正的壓平衡比較困難，可以采取氣壓平衡模式掘進(jìn)。

　　B 一般每環(huán)出碴量不能大于5車(≤65m3)。

　　C 結(jié)合軟硬不均的特點(diǎn)，掘進(jìn)過程中加強(qiáng)碴土改良;當(dāng)巖碴和易性較差，影響螺旋輸送機(jī)出土?xí)r，可用盾構(gòu)上配置的泥土注入設(shè)備向土倉中注泥土，改善巖碴的和易性。

　�、� 在軟硬不均地段施工時(shí)，及時(shí)根據(jù)ZED測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量成果，確定盾構(gòu)姿態(tài)的變化量，并根據(jù)姿態(tài)的變化情況調(diào)節(jié)五組油缸的推力，保證盾構(gòu)盡量擬合設(shè)計(jì)線路掘進(jìn)。

　�、� 在施工中做好對(duì)地表建筑物的監(jiān)測(cè)工作，并及時(shí)反饋測(cè)量成果到掘進(jìn)作業(yè)班組，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)到合理值，做到合理化施工。

　　4)同步注漿

　　軟硬不均地段掘進(jìn)速度一般非常慢，同步注漿帶來了困難。會(huì)因不及時(shí)的進(jìn)行同步注漿造成地表沉降不易控制。注漿采用凝結(jié)速度快、結(jié)石率高的漿液。同時(shí)注漿量不少于6m3。在堅(jiān)持同步注漿的同時(shí)，根據(jù)需要及時(shí)的對(duì)脫出盾尾的管片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注雙液漿，防止管片上浮。

　　2.3盾構(gòu)在斷層地帶的掘進(jìn)施工措施

　　盾構(gòu)掘進(jìn)過程中可能遇到斷層破碎帶，在斷層破碎帶處施工采取的措施如下：

　�、旁诰蜻M(jìn)過程中盡可能采用“小推力、低速度、小扭矩”的土壓平衡模式掘進(jìn)，最大程度地減小對(duì)斷層地帶的影響;

　　⑵做好斷層破碎帶的位置預(yù)測(cè)，在到達(dá)前進(jìn)行管片后補(bǔ)充注漿，掘進(jìn)過程中做好同步注漿作業(yè)，選擇快凝性的漿液;

　�、亲龊脭鄬悠扑閹幍姆绹娪抗ぷ鳎匾獣r(shí)向土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入膨潤土形成土塞，改良碴土;

　�、染蜻M(jìn)過程中，安排專人對(duì)掘進(jìn)參數(shù)和地層變化加強(qiáng)觀測(cè)和記錄。

　　盾構(gòu)在可能含瓦斯地段的掘進(jìn)施工措施：

　�、哦軜�(gòu)配置氣體監(jiān)測(cè)裝置，時(shí)刻監(jiān)測(cè)隧洞內(nèi)的可燃?xì)怏w，達(dá)標(biāo)時(shí)報(bào)警，禁止明火，加強(qiáng)通風(fēng);

　　⑵盾構(gòu)上由于設(shè)備多，易出現(xiàn)通風(fēng)不暢情況，利用盾構(gòu)上的二次通風(fēng)機(jī)并在必要時(shí)安排局部扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，確保在有瓦斯溢出時(shí)可及時(shí)稀釋。

　�、侨粜鑾哼M(jìn)倉檢查，避開可能含瓦斯地層段，無法避開時(shí)，打開倉門前洞內(nèi)禁止明火，打開倉門后及時(shí)進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，需要時(shí)加強(qiáng)隧洞和局部通風(fēng)。

　　3.結(jié)論與建議

　�、胖貞c地區(qū)的盾構(gòu)隧道與水工盾構(gòu)隧道、公路盾構(gòu)隧道比具有較多的特殊性，尤其是軟弱地段的盾構(gòu)隧道掘進(jìn)技術(shù)尤為重要。結(jié)合重慶軌道交通盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)問題，隧道管片的手孔封堵與管片局部缺陷修補(bǔ)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究。

　�、圃谟矌r段掘進(jìn)過程中監(jiān)測(cè)刀具磨損特別是邊滾刀的磨損尤其重要，根據(jù)重慶地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，邊滾到切削巖體輪廓線僅比盾體放大1.5cm，如果刀具磨損后未能及時(shí)更換刀具，將在巖體中發(fā)生卡盾的現(xiàn)象。

　�、菑�(fù)合地層中泥巖含量較多且黏粉粒含量高的巖石地層同樣會(huì)發(fā)生“泥餅”現(xiàn)象，相對(duì)于硬巖或軟土地層盾構(gòu)來講，此種情況更難處理，因此在盾構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取針對(duì)性措施，確保刀盤、刀具的正常工作，特別是在上軟下硬地層中，該矛盾更為突出。