特殊地段的盾構施工技術措施摘要:盾構在地鐵區間的特殊地段施工,必須作好充足的施工準備和施工技術措施。關鍵詞:地鐵區間;盾構施工;技術措施 廣州西場站—西村站地鐵區間施工標段,沿線兩側為密集民居、酒店、辦公樓、商店等,交通繁忙,上部地面為環市西路,區間線路穿越廣茂鐵路,地形平坦,略有起伏,其中有巖溶和溶蝕空洞、內環高架橋樁、基巖球狀風化體地段(風化深槽)、泥質粉砂巖、上軟下硬巖段等特殊地段。其中廣州火車站—草暖公園區間段下穿過廣州火車站廣場,到達草暖公園,施工難度大。根據現場實際情況,做出相應的盾構施工技術措施。1盾構通過巖溶和溶蝕空洞 本工程隧道左右線均存在巖溶和溶蝕空洞,左線溶蝕空洞約為0.8ｍ高,右線在ＹＣＫ7+522和ＹＣＫ7+576處存在溶蝕空洞,其中較大的溶蝕空洞為2.7ｍ高,對盾構掘進造成極為不利的影響,極有可能發生突泥、突水、地面沉陷、盾構機被卡等嚴重事故。 為保證盾構掘進順利通過,必須提前探明隧道穿過的巖溶裂隙的位置、形狀、尺寸大小、充填物性質等,并及時處理。施工采取以下措施探測和處理: (1)開工前,進行補充地質勘探,在左右線溶蝕空洞地段加密勘探,在勘探場地允許的前提下,使部分鉆孔間距達到10ｍ,進一步查明該段條件地層地質條件,對可能出現巖溶裂隙的段落、巖溶裂隙的規模、充填物等情況,提前作出盾構掘進方案。 (2)對盾構機適當改造,針對地質情況,盾構機增設超聲波探測系統。盾構掘進施工時通過發射超聲波,可對刀盤前方30ｍ范圍內的巖溶裂隙、砂土層中的孤石等分布情況進行探測,利用專業軟件對接收到的反射波分析,即可精確查明巖溶裂隙或孤石的位置、形狀、尺寸大小、充填物性質等。 (3)根據超前地質預報的資料,對分布于盾構周邊的巖溶裂隙,通過地面注漿的辦法進行超前注漿加固或回填。對巖溶裂隙要提前確定注漿方案,根據其位置、形狀、充填物性質,確定實施超前注漿的里程位置、注漿品種及配合比、注漿壓力、注漿量等參數。 (4)盾構通過巖溶空洞位置時,要制定嚴格的盾構施工計劃和實際可行的掘進參數,調整合理的泡沫添加參數,使所注入的泡沫能在開挖面形成良好的泥膜,保持其充填物的穩定。 (5)掘進通過后,在管片背襯及時施作二次補強注漿,控制巖溶裂隙內充填物的變形,使圍巖保持穩定。2 盾構通過環市內環高架橋樁基 本區間段在西村站—廣州火車站段下穿內環高架橋樁基礎。其中有3處4根樁基侵入隧道,需要進行樁基托換,其余樁基大多在隧道左、右線之間。盾構機通過樁基礎除采取一般措施外并進行特殊處理。 (1)合理控制推進速度,保證連續均衡施工,避免較長時間的擱置; (2)嚴格控制出土量,防止不合理的超挖和欠挖; (3)盾構在穿越這些建(構)筑物的過程中,變化不可過大、過頻,每次縱坡變化不得超過0.2%; (4)同步注漿要及時、適量,以有效控制地層沉降; (5)根據地面沉降情況,必要時可針對性地進行二次補壓注漿; (6)配備必要的機動設備,一旦發生意外情況則迅速投入搶險; (7)通過預先設置的觀測點對建(構)筑物進行監測,如果發現異常變形,必須立即停止施工,根據實際情況采取調整施工參數或對建(構)筑物進行適當處理。3 盾構通過球狀風化體地段(風化深槽) 地質剖面圖顯示本區間內中風化巖層中有存在微風化的情況,強風化地層中存在部分中風化地層。詳勘報告認為該巖區全、強風化帶內可能還存在未被揭露的中、微風化巖球狀風化體。盾構施工時要采取的主要技術措施如下: (1) 盾構進入砂巖區段后,要嚴格監測推進油缸和盾構機姿態的突然變化及土倉壓力和出碴量的變化,如發現異常,應進入土倉進行檢查，以判斷是否存在球狀風化體,并確定球狀風化體與刀盤的位置關系。工作步驟如圖1。
(2)利用土倉內安裝的超聲波探測系統時刻監視掌子面前方的變化,提前發現前方的孤石,根據情況采用提前加固孤石旁地層或用沖擊鉆提前破碎的方法處理。 (3) 掘進過程中隨時監測刀具和刀盤受力狀態,確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均,以防刀盤產生變形。 (4) 針對球狀風化體巖質較硬的特點,刀具應以盤形滾刀為主,掘進時采用高轉速將其切削成碎塊。若掘進速度相當慢或球狀風化體隨刀盤一起滾動時,應進入土倉進行人工處理。 (5) 在工作面穩定性差的情況下,進入土倉時必須建立一定的氣壓,此時應按相應的規程進行工作。 (6) 在工作面穩定性極差的情況下,如條件允許可從地表采用注漿加固的方式進行地層加固,然后再進行處理;如條件不允許,可以應用配備在盾構機上的超前注漿孔對工作面進行注漿加固,然后再進行處理。4 泥質粉砂巖段掘進 本標段從始發到吊出,中間多段穿越泥質粉砂巖。粉砂巖遇水易軟化崩解。盾構掘進時可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產生“泥餅”,當產生泥餅時,掘進速度急劇下降,刀盤扭矩也會上升,大大降低開挖效率,甚至無法掘進。 首先,利用ＷＩＲＴＨ-ＮＦＭ盾構機具有防止泥餅產生的特點如圖2所示。 (1)刀盤面板與后部土倉密封隔板共同組成土倉,隔板上的中心圓餅和周圍圓環都是靜止不轉并設攪拌棒。掘進時,刀盤面板與隔板之間存在相對運動,攪拌棒可充分攪拌碴土,從而可減少在土倉中產生泥餅的可能。 (2)中心開口率大,且中心刀可及時更換成片式刮刀,使開口率進一步增大。中心刀盤面板和中心隔板之間存在相對運動,借助于攪拌棒充分攪拌碴土,不易產生泥餅。 (3)通過面板上的泡沫注入口,向刀盤面板和土倉中注入泡沫劑,一方面清刷刀具上糊的粘土,降低刀具溫度,也可以改善土倉內的碴土性能,增加碴土的流塑性,防止形成泥餅,堵塞土倉及螺旋輸送機。 其次,施工中采取以下技術措施: (1)在到達這種地層之前把刀盤上的中心滾刀更換為片式刮刀,進一步增加刀盤的開口率。 (2)加強盾構掘進時的地質預測和泥土管理,特別是在粘性土中掘進時,要更加密切注意開挖面的地質情況和刀盤的工作狀態。 (3)在這種地層掘進時應適量增加泡沫的注入量和選擇比較大的泡沫加入比例,減小碴土的粘附性,降低泥餅產生的機率。 (4)一旦產生泥餅,及時采取對策,必要時采用人工處理的方式清除泥餅。 (5)必要時螺旋輸送機內也要加入泡沫,以增加碴土的流動性,利于碴土的排出。5 盾構在上軟下硬段巖層掘進 在軟巖和硬巖分界處,部分區段內堅硬巖層僅在隧道開挖面下半部分出露(半軟半硬)。本區間大部分地層均上軟下硬。盾構在穿越上軟下硬區段時,由于上下巖層強度相差較大,盾構容易上拋,此施工段施工重點是盾構機的使用控制。 (1)適當放慢掘進速度,使盾構刀盤能對正面堅硬巖層進行充分破碎; (2)合理利用盾構鉸接千斤頂,改變刀盤傾角以加強對硬巖部位的切割,提高盾構掘進過程中的軸線控制能力; (3)調整盾構機推進千斤頂的區域油壓,硬巖區域推進千斤頂油壓較軟巖部位適當加大,以控制千斤頂的合力作用點、抵消上拋力,控制好盾構軸線位置和隧道坡度。 (4)利用刀盤邊緣的擴挖刀,對下部硬巖部分適量擴挖以避免盾構上拋。 (5)如果上部太軟掘進時出現塌陷,則應考慮地表注漿加固。一般情況下可以通過保持一定的土壓防止上部掌子面坍塌。6 小 結 在廣州,地鐵施工正在大面積地推進,施工中遇到很多特殊地段,地鐵施工者特別情況特別處理,做出相應的施工措施,并不斷地在實踐中總結經驗提高施工技術水平,提高工效創優質工程,創用戶放心工程。參考文獻:[1] 城市快速軌道交通工程項目建設標準[Ｓ].[2] 地下鐵道設計規范(ＧＢ50157-2003)[Ｓ].[3] 地下鐵道工程施工及驗收規范(ＧＢ50299-1999)[Ｓ].[4] 鐵路隧道施工規范(ＴＢ10204-2002)[Ｓ].
(2)利用土倉內安裝的超聲波探測系統時刻監視掌子面前方的變化,提前發現前方的孤石,根據情況采用提前加固孤石旁地層或用沖擊鉆提前破碎的方法處理。 (3) 掘進過程中隨時監測刀具和刀盤受力狀態,確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均,以防刀盤產生變形。 (4) 針對球狀風化體巖質較硬的特點,刀具應以盤形滾刀為主,掘進時采用高轉速將其切削成碎塊。若掘進速度相當慢或球狀風化體隨刀盤一起滾動時,應進入土倉進行人工處理。 (5) 在工作面穩定性差的情況下,進入土倉時必須建立一定的氣壓,此時應按相應的規程進行工作。 (6) 在工作面穩定性極差的情況下,如條件允許可從地表采用注漿加固的方式進行地層加固,然后再進行處理;如條件不允許,可以應用配備在盾構機上的超前注漿孔對工作面進行注漿加固,然后再進行處理。4 泥質粉砂巖段掘進 本標段從始發到吊出,中間多段穿越泥質粉砂巖。粉砂巖遇水易軟化崩解。盾構掘進時可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產生“泥餅”,當產生泥餅時,掘進速度急劇下降,刀盤扭矩也會上升,大大降低開挖效率,甚至無法掘進。 首先,利用ＷＩＲＴＨ-ＮＦＭ盾構機具有防止泥餅產生的特點如圖2所示。 (1)刀盤面板與后部土倉密封隔板共同組成土倉,隔板上的中心圓餅和周圍圓環都是靜止不轉并設攪拌棒。掘進時,刀盤面板與隔板之間存在相對運動,攪拌棒可充分攪拌碴土,從而可減少在土倉中產生泥餅的可能。 (2)中心開口率大,且中心刀可及時更換成片式刮刀,使開口率進一步增大。中心刀盤面板和中心隔板之間存在相對運動,借助于攪拌棒充分攪拌碴土,不易產生泥餅。 (3)通過面板上的泡沫注入口,向刀盤面板和土倉中注入泡沫劑,一方面清刷刀具上糊的粘土,降低刀具溫度,也可以改善土倉內的碴土性能,增加碴土的流塑性,防止形成泥餅,堵塞土倉及螺旋輸送機。 其次,施工中采取以下技術措施: (1)在到達這種地層之前把刀盤上的中心滾刀更換為片式刮刀,進一步增加刀盤的開口率。 (2)加強盾構掘進時的地質預測和泥土管理,特別是在粘性土中掘進時,要更加密切注意開挖面的地質情況和刀盤的工作狀態。 (3)在這種地層掘進時應適量增加泡沫的注入量和選擇比較大的泡沫加入比例,減小碴土的粘附性,降低泥餅產生的機率。 (4)一旦產生泥餅,及時采取對策,必要時采用人工處理的方式清除泥餅。 (5)必要時螺旋輸送機內也要加入泡沫,以增加碴土的流動性,利于碴土的排出。5 盾構在上軟下硬段巖層掘進 在軟巖和硬巖分界處,部分區段內堅硬巖層僅在隧道開挖面下半部分出露(半軟半硬)。本區間大部分地層均上軟下硬。盾構在穿越上軟下硬區段時,由于上下巖層強度相差較大,盾構容易上拋,此施工段施工重點是盾構機的使用控制。 (1)適當放慢掘進速度,使盾構刀盤能對正面堅硬巖層進行充分破碎; (2)合理利用盾構鉸接千斤頂,改變刀盤傾角以加強對硬巖部位的切割,提高盾構掘進過程中的軸線控制能力; (3)調整盾構機推進千斤頂的區域油壓,硬巖區域推進千斤頂油壓較軟巖部位適當加大,以控制千斤頂的合力作用點、抵消上拋力,控制好盾構軸線位置和隧道坡度。 (4)利用刀盤邊緣的擴挖刀,對下部硬巖部分適量擴挖以避免盾構上拋。 (5)如果上部太軟掘進時出現塌陷,則應考慮地表注漿加固。一般情況下可以通過保持一定的土壓防止上部掌子面坍塌。6 小 結 在廣州,地鐵施工正在大面積地推進,施工中遇到很多特殊地段,地鐵施工者特別情況特別處理,做出相應的施工措施,并不斷地在實踐中總結經驗提高施工技術水平,提高工效創優質工程,創用戶放心工程。參考文獻:[1] 城市快速軌道交通工程項目建設標準[Ｓ].[2] 地下鐵道設計規范(ＧＢ50157-2003)[Ｓ].[3] 地下鐵道工程施工及驗收規范(ＧＢ50299-1999)[Ｓ].[4] 鐵路隧道施工規范(ＴＢ10204-2002)[Ｓ].
