长距离硬岩地层盾构施工关键技术研究

陈仙宇

摘 要：在城市轨道施工过程中，经常遇到到以硬岩为主的地层，因环境因素影响，往往采用盾构法进行硬岩段掘进施工。本文主要探讨了长距离硬岩地层盾构施工关键技术，希望能够为相关工作者提供借鉴。

关键词：长距离；硬岩地层；盾构施工；关键技术

随着我国城市交通事业的不断发展，促进了轨道交通事业的不断进步，并对城市轨道施工提出了更高的要求，以满足现代化发展的实际需求。盾构法作为一项重要的施工方法，对地铁建设的质量具有直接的影响，目前在地铁建设过程中，广泛采用复合式土压平衡盾构机，对于一般地层较为适用，但是在单周抗压强度超过100MPa长距离硬岩地层中，对盾构机的应用很少，在长距离硬岩地层中，对刀具提出了较高的要求，必须保持较强的抗冲击以及耐磨性，并加强刀具的科学管理，减少对刀具的损坏，以此提高掘进效率。

1工程实例

某地铁工程建设1号线04标树屏区间双线长2265.27m，最大纵坡27‰，平面R=300m，线间距12m，区间埋深10～23.6m。隧道洞身穿越地层主要为：③1淤泥质土，④粉砂质粘土，（14）全风化岩，（15）散体状、碎裂状强风化花岗岩，（17）中等风化岩（花岗岩、斑岩），（18）全断面微风化花岗岩。其中全断面中等风化花岗岩、微风化岩段的长度约为583m，根据该区间地质勘查报告，微风化岩段最大单轴抗压强度为136.73Mpa。在本区间盾构施工中，采用盾构法进行施工长距离的硬岩地层是施工主要难点，由于刀具对盾构机的施工效率以及质量具有直接的影响，所以在施工中，还应采取合理的措施，加强刀具的管理，提高刀具的耐磨能力。

2盾构机选择

在本次工程施工过程中，综合考虑各项因素，包括地层特点、线路要求以及购置费用，决定采用复合式土压平衡盾构机，该盾构机的外径为6280mm，其详细情况如下：

2.1盾构机组成以及参数

盾构机主要由两部分组成，一部分为主机，主要包括盾体、刀盘、刀盘驱动、人闸、推进系统以及管片拼装机等，另一部分为后配套辅助系统，主要包括管片运输系统、控制系统、压缩空气系统、出碴系统、同步注浆系统以及供电系统等等。盾构机的具体参数如下表所示：

2.2刀盘

盾构机的刀盘为切割式圆盘，且带有进料口，将4个刀盘的进料口作为盾构机的主要进料通道，同时采用的是厚壁法兰板支座，其支撑臂一共有4条，主驱动以及刀盘与其进行连接。为了保证碴土有效输送，应合理设置刀盘开口宽度，该盾构机的最大宽度为200mm。同时还应采用旋转接头，并将其设置在刀盘后部。针对该工程硬质岩层，还应将网格状耐磨硬质合金堆焊在磨损较多的部位，特别是刀盘轮缘，对于耐磨合金环，应设置3道。

2.3刀具布置

针对本工程的硬质岩层的特点，在布置刀具时，应充分考虑刀具的耐磨性能等，本工程布设的刀具主要包括刮刀、滚刀以及齿刀等，保证满足均仅要求。滚刀的布置主要有双刃滚刀以及单刃滚刀，根据要求，合理确定其数量，同时还应使得滚刀刀刃、齿刀、刮刃与刀盘面板之间，保持一定的高度，进而便于在硬质岩层地段开展掘进工作。

3长距离硬岩地层盾构施工关键技术措施

在长距离硬岩地层中，采用盾构机施工过程中，还应抓住关键技术，以此保证掘进的效果，保证地铁建设的质量。具体还应做好以下几个方面：

3.1采用合理的掘进模式

采用复合式土压平衡盾构进行施工过程中，主要有三种掘进模式，即土压平衡掘进、敞开式掘进以及半敞开式掘进，在具体施工过程中，应根据具体的施工情况以及施工要求，合理的选择掘进模式。在本次工程施工过程中，根据岩石较强的抗压强度以及土体不易坍塌等特点，可以采用敞开式掘进模式，在硬岩地层进行掘进过程中，应通过螺旋输送机，直接将进入土仓中的碴土排出去，允许少量碴土存在土仓中，同时反扭力不会对螺旋输送机以及刀盘产生较大的限制，且刀盘扭矩低，所以可以获得良好的掘进效果。

3.2调整盾构机的施工参数

盾构机在掘进过程中，应加强对盾构机的施工参数进行有效控制，保证施工参数在标准范围之内，进而使得盾构机能够正常、稳定的运转。在具体的控制过程中，还应依据实际情况进行合理的控制，盾构机在施工主要分为以下几种情况：第一种由软土层进入全断面岩层，第二种为由全断面岩石层进入软土层，第三种为在上软下硬地层中进行掘进。在盾构机进行掘进过程中，在前两种情况中，主要对盾构机的土压力值进行合理的调整，并对注浆压力、油压差以及注浆量进行合理的调整，同时还应保持适当的推进速度，以此使得掘进工作能够顺利的进行。在上软下硬地层施工过程中，还应对土仓压力、出土量以及刀具切入量进行严格的控制，减小刀具与岩层的碰撞强度，降低刀具磨损，以此加强掘进效果。

3.3有效控制盾构机的姿态

在盾构机掘进过程中，受各种因素影响，容易导致盾构机偏离，进而影响掘进的效果。所以施工人员应加强对盾构机掘进的监控，随时了解盾构机状态，一旦发现盾构机姿态有所偏离，应及时的进行调整，使其能够平稳进行。与此同时在对盾构机进行调整过程中，还可以通过反转刀具进行合理的调整。在掘进过程中，为了减少刀具的磨损，应适当加入泡沫剂，以此减少刀具以及围岩的摩擦，使得温度上升缓慢。

3.4科学控制注浆过程

盾构机在掘进过程中，对于围岩和管片壁之间，会由于围岩收敛能力下降而出现缝隙，需要及时的注浆，将其缝隙填满，否则会造成管片上移，对管片拼装效果造成不利影响。所以施工人员一定注重注浆施工，应充分考虑施工的实际情况，选择合理的注浆方式，并按照相关要求，进行泥浆的配制，为了使得浆液快速凝结，还应适当的增加水泥。在注浆过程中，还应注重对浆液的有效控制，浆液参数不符合施工标准，则应进行二次注浆，保证注浆施工质量，满足施工要求。

总结

盾构法作为一项重要的施工方法，对地铁建设的质量具有直接的影响，目前在城市轨道施工过程中应用的较为广泛，在具体施工过程中，经常碰到以硬岩为主的地层，对刀具提出了较高的要求，对此还应加强盾构法在硬岩地层施工中的掘进效果，保证地铁建设的质量。复合式土压平衡盾构机在地层掘进过程中广泛应用，但是在长距离硬岩地层中，对盾构机的应用实例较少。所以采用盾构机进行掘进过程中，应使得刀具应具有较强的抗冲击以及耐磨性，减少对刀具的损坏，以此提高掘进效率。因此笔者认为未来还应加强盾构机在长距离硬岩地层盾构施工应用，以此提高施工效果，促进我国地铁建设顺利进行。

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