砂卵石地层盾构施工典型故障诊断初步研究.doc

1、砂卵石地层盾构施工典型故障诊断初步研究摘要：盾构施工具有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点，但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性，在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。本文结合盾构施工在成都富含水砂卵石地层中的应用，分析了施工中存在的问题和应采取的施工措施，推广盾构施工技术在砂卵石地层中的应用，保证地铁工程的顺利进行。 关键词：盾构施工;故障;砂卵石地层 Abstract: the shield construction has to the formation of wide adaptability, construction safety coefficien

2、t, but due to the advantages of high geology kaleidoscope, construction environment, complexity in shield tunnel construction, there must be in the shield machine adaptability and construction methods, measures of adjustment. Combining with the shield construction in Chengdu rich in sand pebble form

3、ation application, analyzes the problems in construction and the construction measures should be taken, the promotion of shield construction technique in the application of sandy pebble formation, guarantee the smooth progress of the project. Keywords: shield construction; Fault; Sand pebble formati

4、on. 中图分类号：TQ639.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 前言 在成都地铁 4 号线某标段盾构区间隧道主要穿越砂卵石土层，卵石为褐灰色、青灰色，稍湿饱和，松散密实夹少量角砾，卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量 5085%，粒径 2080mm 为主，部分粒径大于 100mm，最大粒径达 300mm，充填物为中砂，局部夹漂石，大漂石随机分布性强。水文地质条件错综复杂，盾构穿越松散、中密、高密等不同断面，而且地下水位较高，经常出现出渣量过多，地面形成空洞；容易喷涌；刀盘及螺旋机卡死等现象，给施工带来很大困难！经过一个

5、区间掘进施工经验的积累针对上述问题，我们可以引刃而解。 一、盾构施工中的超挖 由于砂卵石地层，地质松散，盾构掘进施工中容易超挖，形成地面空洞，针对此问题我们通过在掘进过程和掘进完成后控制。 （一）在掘进时通过出渣方量和渣土称重严格控制出渣。 1、成都地铁采用 1.5m 宽幅管片，掘进每环管片理论掘削碴土量 W可由下式计算得到： W=Rdl=3.1415926(6.312)1.51.3=61m R：刀盘半径，d：管片宽度，l：碴土的松散系数 实际掘进每环出碴量控制在 561m3。 2、每环渣土重量计算： 在中密砂卵石地层，天然密度 2.1 计算，每环渣土重量，56*2.1=117.6t,刀盘前及

6、土仓加水按经验一环为 1.5t,泡沫以 30L/环，一环加泡沫重 30*30=0.9t，所以一环渣土重量为 117.6+0.9+1.5=120t,因此在正常掘进时，一环渣土重量控制在 120T 以内。由于成都砂卵石地层错综复杂，根据不同出渣状况应适当降低控制每环出渣重量。 （二）在掘进完成后处理 1、在掘进完成后针对出渣过多这一环，盾尾通过后加大同步注浆量，同时采用二次管片注浆来处理。 2、针对出渣量过多，在相应里程地面钻孔注浆方式，及时进行处理。采用以上方法及时进行处理，地面不会形成沉降及塌方。 二、地下水喷涌问题 成都富含水砂卵石地层充填物为中砂地质松散，而且地下水位较高，地层含水丰富容易

7、造成喷涌现象。针对此难题我们采取做止水环。 止水环从盾尾后十环开始连续三环采取管片注双液浆方式完成，注浆完成后在预留十环管片里上部打孔观察渗水情况，如果没有水渗出说明注浆效果良好，起到止水作用；如果渗水严重继续做止水环，直到观察孔没有水渗出为止。 双液浆配比为水泥浆：水玻璃=1:1，水泥浆液配比为水泥：水=1:1现场使用时根据浆液凝固时间需要调整配合比，水玻璃稀释到30Be，水泥浆液拌合要充分。 三、隧道下卧层土体的变形 盾构法隧道施工会引起较大的地面沉降，特别是在较松散砂卵石条件下。过大的地表沉降可引起隧道附近地下管网的断裂，渗漏和建构筑物的开裂倒塌。根据地质和工程实测资料分析的隧道下卧层土

8、体变形，估计隧道的不均匀沉降是隧道纵横断面结构和防水设计中的重要课题。由于隧道长度与直径之比总是相当大，而且现在隧道衬砌纵向接头中基本采用弹性防水材料，因而具有柔性。所以在施工阶段可以认为隧道各衬砌环是隧道下卧土层的沉降而沉降。在基本运用阶段，即使隧道内增加内部结构，使隧道纵向刚度有所增加，但隧道仍然随下卧层的长期不均匀沉降，而发生纵向变形。 防止沉降的对策对盾构机推进中的施工参数进行优化，不使超挖和欠挖。管片脱出盾尾时,于衬砌背后适时注浆,控制好注浆压力,浆液材料性质,注浆量等均是防止隧道上部土体坍塌,后期固结变形的有效方法。盾构机进出工作井前后 50m,也是施工中控制地表沉降的关键地段,可

9、采用恰当的洞周土体加固方法。 四、螺旋机和刀盘卡死 砂卵石以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量 5085%，粒径 2080mm 为主，部分粒径大于 100mm，最大粒径达 300mm，充填物为中砂，局部夹漂石。在掘进施工时引起螺旋机和刀盘卡死，针对此难题我们采取以下方法解决。 （一）螺旋机被卵石卡死解决方法 随着盾构掘进螺旋机叶轮磨损，其和螺旋筒内壁之间的间隙增加，卵石很容易在在叶轮和螺旋筒之间，最终导致螺旋输送机不能正常运转。当螺旋机卡死难以脱困时应采用输入润滑剂和人工辅助的方式解决。 1、输入润滑剂 在螺旋机上预留50mm 管路接口等装置，通过盾构机泡沫系统往螺旋输送机内输入泡沫剂、

10、膨润土浆液、工业洗衣粉等润滑物质，当输入适量的润滑物质后，可通过正/反转螺旋进行试脱困，应逐渐增加螺旋机扭矩，防止因螺旋机扭力增大导致螺旋杆断裂。 2、人工辅助 打开螺旋输送机上矩形盖板，利用人工清理螺旋机里卵石，然后按上述步骤进行脱困。 （二）刀盘被卵石卡住解决方法 用于成都地铁 4 号线某标段 Robbins 盾构机，刀盘直径6310mm，地层最大卵石粒径达 300mm，在盾构掘进时刀盘经常被卵石卡住，给施工带来很到困难，严重影响施工进度。 1、通过在掘进前往土仓加入 56m3 高质量膨润土浆液，然后通过泡沫系统往土仓加入泡沫剂（稀释液中所含发泡剂原液比例取值2%5%，FER=1020,F

11、IR=60%100%)，使渣土改良达到最佳效果，预防刀盘在开始转动时被卡住。 2、刀盘被大粒径卵石卡住通过加快刀盘转速，反复进行刀盘正/反转进行试脱困。 3、通过铰接装置来协助刀盘脱困，由于 Robbins 盾构机采用是主动铰接装置，通过铰接伸缩 1030mm，同时加快刀盘转速进行试脱困。 五、开挖土体流动性差 为了使开挖土体具有良好的流动性，必须有 30%左右的微细颗粒，砂卵石地层中微细颗粒不足，因此需注入大量泥浆。但施工中发现加泥量过大，土仓内较大的卵砾石会在重力作用下沉至土仓底部，土体不能均匀混合，产生“离析”现象，容易造成刀盘“抱死”现象。因此，为改善泥浆的作用机制，可在开挖土仓中注入

12、泡沫并充分搅拌，改变土的成分，以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定。同时加注泡沫还可减少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少壳体与刀盘上粘土的粘着力，有利于排土机构（螺旋机）出土，所需的驱动功率就可减少。泡沫的膨胀率和注入比 (1)泡沫的膨胀率(FER)。FER=(液体的流速1mm)： (空气的流速 1mm)；FER 越大说明泡沫越“稀”或越“湿” ，般取值在 1：81：15 之间。 (2)泡沫的注入比(FIR)。FIR=(泡沫加注速率)(土壤的开挖速率)x100；般取值在 40100之间。 在实际应用的过程中,根据刀盘扭矩的变化和出土情况,不断优化FER、FIR 等泡沫注入系统的参

13、数,合理调整泡沫剂用量。 六、盾构掘进轴线偏差风险 盾构掘进过程中,盾构推进轴线过量偏移导致与隧道设计轴线发生偏差。造成轴线偏差的主要原因包括盾构超挖或欠挖,纠偏不及时、测量误差与同步注浆量不够。控制措施：正确设定平衡土压力,使盾构的出土量与理论值接近,减少超挖与欠挖现象,控制好盾构姿态;盾构姿态发生偏差时及时纠偏,使盾构正确地沿着隧道设计轴线前进;盾构掘进过程中经常校正、复测及复核测量基站;施工按质保量做好注浆工作,保证浆液质量和注浆量。 结束语:成都地铁通过的地层错综复杂，含水量高、砂卵石多，无较多的经验可以借鉴，施工困难。成都地铁盾构施工试验段虽在一定程度上算是成功的，但在施工过程中亦出

14、现很多施工难题或意外情况。在今后施工过程中各参建单位组织技术人员分析施工中出现的问题、制定处理措施、总结经验应是常抓不懈的工作，为成都地铁今后的建设提供必要的施工经验和依据。 参考文献 1李孝荣.盾构工法的进洞技术浅谈J.现代隧道技术，2003， （04）. 2张泰.复合式 TBM 地下整体组装始发井浅谈J.科技交流，2001， （01）. 3周文波,丁志诚.泥水平衡盾构穿越冻结加固区施工技术J.地下空间, 2008,(05). 4张凤祥，傅德明，杨国祥.盾构隧道施工手册M.北京:人民交通出版社，2005(05). 5段浩，陶建勋.盾构穿越砂卵石地层建筑物施工措施J.现代城市轨道交通，2008(04). 6杨书江，孙谋，洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术J.人民交通出版社，2011(04).