深圳复杂地质条件下地铁盾构施工的分析与探讨

张凯

摘要：从深圳复杂、多变的地质特点出发,分析和总结了盾构施工易发事故的特点,并针对施工中出现的问题,总结了深圳地铁盾构机选型要点、操作要点、施工技术要点及施工组织管理。

关键词：盾构机，地质特点，施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

深圳水文、地质和地形地貌的特殊性,决定了深圳市地铁盾构施工有其特点和难度。根据深圳地铁盾构施工的经验,并结合以往的施工经验,对深圳地铁盾构施工提出一些认识和想法,与大家共同探讨。

1、深圳盾构施工的特点

在深圳做地铁盾构施工的单位都有一个共同的认识:盾构施工中出过事故的多而不出问题的少。分析产生此种现状的原因是和深圳的地质、水文和线路特点分不开的。

1.1深圳的地质、水文和线路特点

深圳地处海边,属于低丘、台地、冲洪积平原和沟谷地貌。更由于近年来深圳城市发展过程中的移山、填海(河、湖)、平沟等人工作用,使深圳的地形、地貌发生了很大的变化。地铁的盾构施工线路上的地层具有以下特点。

1.1.1复杂、多变和突变的地质

深圳既有坚硬的花岗岩又有勃土层和砂层,在盾构施工的线路上会遇到复合地层或由一种地层向另一种地层的突变,如上软下硬的软硬不均地层及在个别地段存在的漂石等。

1.1.2含水最大

深圳是个靠海的城市,水位低且雨水充沛。在离海边近且透水性大的砂(卵)层、中、微风化岩石地层中富含的水极易造成盾构施工的喷涌。

1.1.3岩石强度高、曲线半径小

盾构施工的线路上存在着高强度的花岗岩地层和小曲线半径。深圳地铁2号线东延线段香梅北站一景田站区间勘测得出岩石最大单轴抗压强度达到193MPa,在硬岩段上还存在着350m小曲线半径。在这样的线路上进行盾构施工对盾构机掘进速度、调向及其使用的刀具都提出了更高的要求。

1.2深圳盾构施工的特点

1.2.1施工中出现的问题多

复杂、多变和突变的地质特点决定了盾构施工中出现的问题多种多洋。如在砂层中的施工极易造成地层的坍塌;在砂土地层中的施工易造成刀盘结泥饼使掘进无法进行;特别是在突变的地层中极易出现意想不到的问题。

1.2.2施工中易出现喷涌

含水量大的水文、地质特点决定了盾构施工中极易出现喷涌。由于盾构施工中的喷涌产生的超挖造成地表沉降大;盾构机内落渣多、清渣困难造成盾构施工无法连续进行和掘进速度缓慢。适宜的渣土改良措施、娴熟的盾构操作技能和科学的组织管理措施是预防喷涌和解决喷涌带来的一系列问题的关键。

1.2.3施工中盾构机出现被困住

岩石强度高且曲线半径小的特点决定了盾构施工速度慢、刀具消耗大、盾构机调向困难、盾构机被卡住和困住等问题。深圳的盾构施工中多家单位出现过多起刀具无法更换和盾构机被困住的事故,也出现过因掘进速度慢造成工期紧张的问题。这就对盾构施工的组织管理及盾构机的配置和使用的刀具都提出了更高的要求。

2深圳地铁盾构施工的要点

(l)正确的盾构机选型及配置;

(2)正确的盾构机操作技术和合理的掘进参数选择;

(3)科学的施工技术及管理。

2.1盾构机的选型

选取复合式土压平衡盾构机以适应深圳复杂多变地质条件下的盾构施工。深圳用盾构机除具备盾构机的一般功能外,针对深圳施工的特点需提高和加强以下几方面的配置和功能。

2.1.1盾构机具备硬岩掘进和软土掘进功能

针对深圳软硬岩同时存在的特点,盾构机刀盘和刀具的设计以及配置需要既能适应软土地层又能适应硬岩地层。这就需要配置高强度的刀盘和破硬岩的滚刀以及开挖软土的齿刀。并能够方便

和及时地进行修理与更换。盾构机需进行以下配置和设计。

(l)选用同时能安装滚刀和齿刀的高强度的面板型刀盘。

(2)选用能破硬岩的重型滚刀:其中从意大利进口的旁迈力滚刀性价比较高,国产的滚刀有武汉江钻和洛阳九九的滚刀性能也不错,具体可根据实际的施工地质情况进行选配。

(3)选用软土的切割刀具,其中聊城天工和聊城瑞钻的齿刀性能还是比较好的

(4)配置人闸系统,以实现常压下无法进仓需带压进仓进行刀具的更换和检查的功能。

2.1.3盾构机具备超挖能力

配置超挖刀。由于深圳硬岩地层较硬,为防止卡住刀盘和困住盾构机,用于深圳施工的盾构机最好配备超挖刀,以提高盾构机的适用性。

2.1.4具备渣土改良能力

配备渣土改良的泡沫系统和加水系统。通过泡沫系统和加水系统的渣土改良来改善和提高盾构机的防喷涌能力和防结泥饼的能力。同时刀盘上泡沫管路设置要可靠并方便进行修理。

2.1.5其他方面的配置

(l)盾体上开设注聚胺脂的孔,以实现水大时对盾体进行的封堵和紧急情况下对盾构机的处理。

(2)储备一些易损的盾构机备品、配件,确保盾构机的正常运行和使用。

2.2.硬岩段小曲线半径掘进施工的几点认识

(1)要勤检查边缘滚刀的磨损情况，磨损量超过10 mm一定要更换边缘滚刀。

(2)注意盾构机掘进姿态的稳定，防止盾构机出现左、右偏摆情况的发生。这需要盾构机司机之间互相交底，掘进过程中要保持思想认识上的一致性，避免和防止出现一会向左推一会向右推的情况发生。

(3)盾构机的油缸推力差选取要适当，不可过大，防止顶碎管片和转向过急。

(4)控制好盾尾间隙:管片的选型和拼装的点位都要确保均匀的盾尾间隙。

(5)选好二次注浆的点位，一般都选取与盾构机转向相反的一侧的管片进行二次注双液浆，确保二次浆液固结住管片，有利于盾构机转弯的需要。

2.3在软硬不均地层和软土地层下穿密集建筑物掘进的几点认识

(1)尽可能争取不在建筑物下换刀。在下穿建筑物时要提前进行刀具检查，确保盾构机能够一次性穿越建筑物而不换刀。

(2)作好地质勘查和地层分析工作。对楼房基础差、易下沉的地层提前进行加固或提前做好加固准备，在盾构通过前或通过后及时进行加固。

(3)掘进模式。硬岩中可采用敞开模式进行掘进;软土和上软下硬地层中掘进则应采用土压平衡模式进行掘进;掘进中在不多出渣的条件下尽可能多注人泡沫并将土压平衡模式向气压平衡模式转换，同时土仓压力可适当提高。

(4)注浆。同步注浆量可适当多注，每环的注浆量可提高到6耐，注浆压力控制到3 bar，同时在管片背后补注双液浆。在掘进中还要根据出渣量多少和楼房的监测情况来确定需否打小导管进行管片背后二次注浆，如打小导管注浆压力可控制在4 bar左右。

(5)掘进参数控制。掘进速度控制在20-40 mm/min之间，推力控制在1 500 t左右，扭矩在3000kN.m以内，刀盘转速控制在

1. 3 rpm左右。要尽可能地保持各掘进参数波动不大的情况下，均衡稳定地向前掘进。

2.3盾构施工技术管理和施工组织管理

深圳的盾构施工要穿越密集的楼房、繁华的街道、坚硬的岩石、松散的砂层和河流、湖泊，实施科学的技术管理和组织管理是盾构施工有序进行的保证。在盾构施工技术和施工组织管理上要加强以下几方面的工作。

2. 3.1认真做好地质的详勘工作

深圳盾构施工中出现的多次事故都与施工线路上的地质详勘做的不详细有关。认真细致地做好盾构施工线路上的地质详勘，对特殊地段进行加密勘测，如地质差异性变化大和变化频繁地段、穿越楼房(道路、河流、湖泊等)地段、计划的检查和换刀地段、始发和到达端头的加固地段等需进行加密勘测，为盾构施工及方案的制定提供可靠的科学依据。

2. 3. 2技术方案和技术交底要先行

盾构施工的技术管理是盾构施工顺利进行的保障。技术文件是盾构施工的指导性文件，盾构施工前技术方案和技术交底要先行，为技术方案和技术交底的贯彻实施提供充裕的时间。

2.3.3严格按技术文件的要求进行施工

地铁盾构隧道有严格的技术质量规范要求，如超出规范轻则会出现质量事故影响地铁的正常运营，无法实现地铁正常设计要求。

2.3.4了解和掌握盾构机的性能，降低盾构施工中的消耗

盾构机在施工中的油脂消耗占有比较大的比重，其中沈重(NFM)盾构机比海瑞克盾构机在设计上的油脂消耗高。在了解盾构机运行原理和确保盾构机正常和安全使用的前提下，制定严格的油脂使用技术管理规程，确保油脂的经济、合理使用。

3结束语

针对深圳盾构施工的特点，应用复合式土压平衡盾构机及相应的功能配置，合理地选择盾构施工技术参数，严格执行工艺纪律，采取有效的辅助工序管理措施(如换刀地层加固、楼房加固、进出洞加固等措施)，科学的盾构施工技术管理和组织管理，并加强盾构机的维修保养管理等措施，是深圳盾构施工有序、高效和经济运行的保证。

参考文献：

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