各类风化岩层中盾构施工技术与设备研究

1、摘要中薄覆土层、强透水条件下进行盾构施工的技术,通过对旧盾构机刀盘系统等的改造，确保了盾构施工的成功。关键词风化岩薄覆土层强透水空仓无压气压平衡盾构复合刀盘 铁、隧道、城市排水、水气油输送管道程等等。但以往盾构工程的地质条件相对比较单一， 而在各类风化岩层相互交错、薄覆土层、强透水条件下的工程施工比较罕见.本文结合深圳 一定的参考价值。工程概况及难点分析深圳水库流域污水截排工程是确保深圳水库水质对水库流域内污染源进行综合整治的 项目工程见图.盾构法施工段总长4、最小覆土仅 5。94m、最小曲率半径 320m，隧道衬砌为钢筋砼衬砌，衬砌厚度250mm、衬1000mmC50、S8.1 深圳水库流域

2、污水截排工程示意图隧道沿线水陆交替，穿越深圳水库梧桐山河口阶地、沙湾河等微地貌单元,地层分布错综复杂且多变,渗透系数在 10-310-2 之间。盾构穿越断面主要地层有：全微风化细粒花岗（最高强度达a以上（砂、卵石层（粒径最大，含粒率约7 处）,盾构施工难度很大,2 所示。2 地层工况工程难点分析如下。1）由于地质条件复杂且深圳水库是供深港居民的饮用水,其水质不允许有严峻污染发生， 因此盾构施工时要保证环境不受污染。2)盾构覆土厚度较小，且多为卵石层和流淌性淤泥，容易造成漏气、喷发、上浮、坍方等，对盾构掘进控制十分不利.,在盾构掘进时易造成管涌、流砂、冒顶等现象.盾构开挖面土体复杂多变、软硬不均

3、，对盾构掘进施工造成很大困难，刀具更换困难，同时对盾构机设备提出更高的要求。盾构机改造: 2。1 刀盘设计针对隧道通过地层情况错综复杂,我们实行了面板式结构刀盘，刀盘面板开口率 30 35，混合型布刀。用于岩石地层掘进用的盘状滚刀刀盘共布置19 17盘状滚刀，先导 ,二是盾构机在软土掘进时， 拆除部分滚刀以提高刀盘面进土的开口率，防止刀盘开口堵塞.大刀盘开口部分用可拆装隔 栅将开口尺寸控制在300mm 范围，以阻止在卵石层掘进时，大粒径卵石进入土仓。刀盘中心装有回转接头其中一路水管、一路泥管,用于向刀盘面板注水或注泥,以润滑刀盘面和进行超前注浆，注泥管最高压力为2MPa.螺旋输送机螺旋输送机采

4、纳螺杆式，螺距为250mm，为防止水土喷发造成安全事故,在出泥口采纳两道液压闸口。土仓供气系统设计由于隧道施工区间段地下水丰富，采纳气压平衡掘进工艺,在盾构机土仓胸板上设置两处气阀,一处水阀.全断面硬岩段掘进施工盾构出洞后有 100m 全断面微风化细粒花岗岩段,岩石强度 60120MPa，存有一定裂隙水，可保证刀盘正面支撑稳定，采纳空仓无压掘进.在空仓掘进过程中必须保证土仓处于无压状态,同时防止螺旋机出土时土仓产生类真空状态而引起坍方，实行上部气阀打开进气、 下部水阀打开排水措施。在全断面岩层中掘进每把滚刀一定要保持完好刀寿命,必须及时调换。特别要注意外边滚刀损坏情况，一旦外边刀对称二把损坏一

5、把，掘 进速度要放慢，假如二把均损坏，极容易发生岩层卡住盾构机外壳的现象。在无压掘进中若正面渗水较大，势必大量水排出,螺栓机出口处出现喷水造成无法出土情况可实行管片后部压浆孔和下部水阀放水,使正面渗水量减少，保持正常出土。气压平衡盾构掘进施工针对其它工况，盾构穿越断面土层均不能形成有效的支撑面，且压缩性低、透水性强, 不可能采纳空仓无压掘进,也不能建立有效的土压平衡，因此采纳气压平衡工艺施工。即土 平衡支撑,同时对地下水形成反压力，降低地下水向土仓内渗透速度,空气与水土在土仓内混合，提高土仓内物质的可压缩性，利于刀盘进土，降低刀盘扭矩和顶进推力，见图3。3 气压平衡工艺示意图为防止在气压平衡掘

6、进时仓内气体外泄,使气压降低和不稳定，造成坍方等不良后果， 实行以下相应措施.1)防止盾构螺旋机漏气的措施盾构机土仓内土体须高于螺旋机进土口，保持在土仓1/3 以上；出土速度严格控制，保证螺旋机内形成密实土塞；必要时关闭螺旋机出口液压闸门。2）针对盾构掘进通过土层不同实行防止盾构机外部漏气的相应措施:盾构机头部超前;具体注浆形式依据不同地质条件进行组合。情况使用千斤顶组合，以防止产生局部超挖,进而造成塌方现象。刀具更换措施由于隧道经过的全断面岩层较多且强度大,最大达 120MPa 以上，同时在掘进过程中刀具不可避开地产生不均匀受力，造成刀具磨损严峻和大量崩裂，因此需要常常性更换刀具， 具体实行

7、如下措施有：1)全断面硬岩采纳盾构机头部超前注浆，压力大于0。5MPa 5 倍,以填充岩层裂隙。上软下硬岩层、卵石层断面除采纳上述措施外同时进行地面加固处理.空仓无压条件下进行刀具更换。更换刀具(滚刀）一把一把更换,其它部位先行封住.在 1)、2）项完成后、刀具更换前采纳加压减压措施进行破坏性试验，确保不坍方后进行刀具更换.小结通过深圳水库截污工程盾构隧道施工的，但仍有值得总结的阅历和需改进的不足。在盾构施工开工前和施工过程中一定要将地质预报工作时刻放在优先考虑的位置， 准确而详细的地质资料数据对于工程的顺利实施是至关重要的，在局部范围内施工进展慢, 且发生了多次坍方的根本原因恰恰是由于忽视了

8、这一点而造成的。盾构施工实行何种工艺一定要与相应地层情况相适应,依据不同地层情况及时调整 和更换工艺、措施，做到有的放矢.在硬岩中进行盾构掘进，盾构刀盘的转速、推动顶力、推动进尺必须相互协调，否加刀盘转速。(推力、仓内土压、进尺等）控制，若实行全自动化控制气压稳定和变化,效果将更加理想。,诸如复合刀盘刀具的布置和开口形状不规范，还 ,且拆除滚刀的空位亦被土体塞住而影响施工。践阅历，对将来在类似环境的工程实施会有所帮助和借鉴,同时我们也期待空仓无压掘进、 中的施工技术.附表：1合作经营协议书甲方：乙方：, 以资信守:一、合伙宗旨：共同合作、合法经营、利益共享、风险共担. 二、合作经营项目：中石油

9、煤层气保德区块地面建设工程。三、合作经营地点：山西省保德县。四、出资金额方式：期限垫付。1200 200 万元（主要用于补足前任合伙人撤资款项）.2100 100 2012 3 31日前全额到位。3、2012 3 31 17 8.5 万元.42012 2 月开工前期全部费用（回款前）五、股份划分：甲方 、 乙方%.作为确定盈余分配和债务承担的基础.六、合作期间甲乙双方的出资为双方共有资产,不得随意请求分割。七、甲乙双方的任何一方原则上不得中途退撤,任何一方在不给合作事务造成不利影响的前提下可以退出，但须经双方协商认可。八、甲乙双方的分工、权力与义务：1、甲方为合作项目的负责人，全面负责合作业务的日常经营与管理，重点负责商务活动及工程的回款工作。费用不得超过工程总额的10%。2、乙方负责合作项目的生产，施工、安全工作。3、以甲方公司的名义，在保德县与当地银行开设账户，双方各留印鉴、共同管理。乙方负责施工过程中的财务工作，对于涉及财务、账目以及借款、还款日常投资等资金使用事项 在超过元额度（元以下的应各自记账留存凭证定期对账）,应许甲乙双方