软土地区面板式盾构在硬粘土中施工技术

□文/赵则超

软土地区面板式盾构在硬粘土中施工技术

□文/赵则超

天津地铁2号线建国道—天津站区间盾构穿越范围内上软下硬，夹杂着淤泥质土和硬粘性75细砂土，盾构穿越75细砂土过程中刀盘前方有结泥饼趋势，给盾构施工造成极大障碍，经过研究调整了盾构施工参数、制定了相应措施，顺利通过了75细砂土。

盾构；面板；粘土；泥饼；软土

1　工程概况

天津地铁2号线建国道站—天津站区间，隧道外径6.2 m，隧道内径为5.5 m，采用φ6.41 m土压平衡盾构机进行施工。盾构开挖深度范围内主要地层为第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层的粉质粘土、淤泥质土及粉土。淤泥质土天然含水量36.8%～59.5%，呈流塑状；粉质粘土天然含水量22.4%～54.7%。孔隙比0.602～1.417，呈流塑～可塑状；粉土孔隙比0.564～0.915，搅拌后具备一定的流动性和抗渗透性。

盾构掘进主要在41粉质粘土、42粉土、44淤泥质粉质粘土、52粉土、61粉质粘土、62粉土、71粉质粘土、72粉土、74粉砂之中。具有明显上软下硬特征，上部易塌，下部52粉土、62粉土、72粉土中地下水较丰富，水压较大。

41、51、61、71粉质粘土，透水性较差，属高含水量、中等灵敏度、中～高压缩性、低强度、低渗透性的饱和粘土上，蠕变量大，土层的蠕动易造成开挖面失稳，同时由于土层粘性较大，易粘着盾构设备或造成管路堵塞，给掘进带来困难。

2　掘进

2.1掘进情况

左线盾构在160～240环掘进时遇75细砂，由于该层土粘聚力及内摩擦角均较大，经观察渣土发现该层土呈有较明显的分层，渣土呈块状，又粘又硬，失水板结后强度高。盾构掘进到180环时，掘进参数出现了较大幅度的波动，到186、187环掘进困难，具体现象：

1)刀盘难以贯入，掘进速度极慢；

2)螺旋机间歇喷涌，出渣呈液态，没有固体渣土；

3)渣温急剧升高，见图1。

图1　187环渣温时程

2.2原因分析

1）刀盘开孔率低，面板中心位置半径1 m左右范围内被75层土糊住；面板配制61把撕裂刀，75层土糊住面板，撕裂刀丧失开挖能力；边缘配制12把滚刀，周边滚刀被75层土糊住，形成泥带；刮刀高低于面板撕裂刀，丧失开挖能力。

为了验证农业品牌真实性与网络口碑之间的关系，以网络口碑为因变量，品牌真实性为自变量进行线性回归，结果显示，回归方程调整过的R2=0.034，标准β系数为0.205，F(1，119)=5.246，显著性水平为0.024，小于0.05，说明农业品牌真实性与网络口碑之间有明显的正向影响，即H2得到验证。

2）75细砂内摩擦角及粘聚力均较高，造成掘进困难。

3）刀盘中心2个泡沫孔[1]（共5个）堵塞，中心位置渣土难以改良。

4）土压设定过高造成土体难以进入土仓，淤积糊住刀盘。

5）土仓内部渣土堆积，和易性降低。

6）渣温升高加剧刀盘面板上土体板结。

根据以上情况判断刀盘前方有结泥饼[2]趋势，鉴于温度升高现场及时停止盾构掘进尚未形成泥饼，粘土糊住刀盘造成刀盘丧失开挖能力，刀盘转动时刀盘上粘附土体和掌子面土体发生摩擦，形成泥浆，从螺旋机喷涌，成块渣土占的比例很少。

3　施工措施

考虑到刀盘前方被粘性土糊住丧失开挖能力，首先向土仓及刀盘前方掌子面注入土体分散剂浸泡24h，期间每1h原地高速旋转刀盘10 min，使刀盘粘附土体脱离刀盘。恢复掘进后采取以下措施：

1）转速由原来1r/min提高到2r/min，降低扭矩；

3）结合地面监测情况逐渐降低土压，略微欠压推进；

4）加强渣土温度监测，掘进过程中向土仓注水，控制渣土升温速度，当渣土超过50℃时停机降温，避免刀盘前土体固结。

4　采取措施前后盾构参数对比

为有效分析采取措施前后的推进情况，选取在75细砂中掘进的187环与采取措施后200环掘进参数进行对比。

4.1推进速度

187环掘进困难，掘进速度波动较大，平均速度8 mm/min，推进过程中因扭矩过大、渣温过高多次暂停，该环掘进断断续续持续12.5 h；200环速度稳定在20 mm/min左右，共用时50min，掘进顺利。

4.2土压

187环推进过程中顶部土压基本在0.24 MPa以上，波动幅度较大；200环顶部土压在0.2 MPa左右，基本稳定。

4.3推力

187环推进过程中推力较大，最大达到30 000 kN，为总推力（42 575 kN）的70%；200环推力降低到20 000 kN左右。

4.4刀盘扭矩

187环刀盘扭矩波动幅度较大，平均为3.5 MN·m，最大达到4.2 MN·m；200环刀盘扭矩平均维持在3.2 MN·m左右。

5　结论及建议

1)本工程在盾构掘进困难时及时分析原因，判断准确、措施得当，采取措施后盾构掘进逐渐恢复正常，各项参数趋于稳定，渣土良好且能持续排出，保证了该区间顺利贯通。

2）软土地区采用面板式盾构，在遇见粘性土时刀盘中部泡沫注入孔容易堵，要及时疏通，掘进时要持续进行渣土改良，避免土体在土仓及刀盘前淤积。

3）盾构施工时要加强对掘进范围内地质情况的研究，结合盾构机特点及试验段掘进情况及时调整盾构推进参数，确保盾构顺利施工。

[1]杨乃刚.泡沫在土压平衡式盾构施工中的应用[J].建筑机械，2005，（8）：108-110.

[2]竺维彬，鞠世健.盾构施工泥饼（次生岩块）的成因及对策[J].地下工程与隧道，2002，（2）：27-31.

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.022

□U455

□C

□1008-3197（2015）02-60-01

□2015-01-05

□赵则超/男，1983年出生，工程师，硕士，天津市地下铁道集团有限公司，从事市政工程技术管理工作。