长距离穿越强风化板岩盾构适应性分析研究

潘传宇 周小亮 宗朝阳

摘要：本文通过对长沙地铁4号线长距离穿越强风化板岩的施工经验分析，从盾构刀盘与刀具、渣土系统、渣土改良系统、注浆系统四个方面全面的阐述了盾构在强风化地层的适应性。从刀盘刀具的配置与渣土改良的方法解决了盾构掘进中刀盘形成泥饼的问题，同时总结了在施工中同部注浆容易出现的问题，并提出解决办法。

Abstract： This paper comprehensively expounds the shield adaptability in strong weathered slate from the four aspects of shield cutter disc and cutter， slag system， slag improvement system and grouting system through the construction experience analysis of the long-distance crossing of strong weathered slate in Changsha Metro Line 4. From the configuration of cutter head and cutter and the method of soil improvement， the problem of mud cake formed by cutterhead in shield tunneling is solved. At the same time， the problems that are easy to occur in the same part of grouting during construction are summarized， and solutions are proposed.

關键词：适应性;开口率;泥饼;流塑性;排水固结

Key words： adaptability;aperture ratio;mud cake;flow plasticity;drainage consolidation

中图分类号：U455.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）21-0129-03

0  引言

随着我国地铁建设逐渐进入高潮，盾构法施工由于其安全性好、施工速度快、环境污染小等因素被广泛推广使用。然而由于地质条件复杂多变，盾构施工中在不同地层中的施工参数与特征也不尽相同。现结合长沙地铁4号线茶子山站～滨江新城站区间与滨江新城站～六沟垅站区间的施工经验进行分析研究。对长沙地铁4号线实际施工遇到的问题及相关参数进行分析总结，重点阐述盾构机在长距离穿越强风化地层时各个工作系统的适应性。避免在掘进中由于岩土类型、水文地质条件、岩土力学性质等因素所带来的施工问题。

1  工程概况

长沙市轨道交通4号线一标第四项目工程含一站两区间，分别为滨江新城站，【茶～滨】区间和【滨～六】区间。本标段区间盾构机穿越主要地层类型为强、中风化板岩层，部分区域需穿越微风化板岩地层（每个区间均有约500m微风化板岩地层）;拼装管片设计尺寸为外径6000mm、内径5400mm、宽度1500mm;管片拼装模式为3+2+1，纵向连接管片螺栓16根，环向连接管片螺栓12根。

【茶～滨】区间左线起讫里程ZDK21+778.200～ZDK23+205.275，全长1427.370m，区间右线长1417.075m;【滨～六】区间左线起讫里ZDK23+407.975～ZDK24+249.700，长840.387m，区间右线长841.677m。茶滨区间设置两个联络通道，滨六区间设置一个联络通道，两区间均为单坡形式。茶滨区间最大坡度为23‰，隧道覆土10～30m。滨六区间最大坡度为25.107‰，隧道覆土9～15m。

2  工程地质概况

根据勘察结果，茶～滨、滨～桐区间场地沿线覆盖层厚度不均匀，基岩主要为元古界板溪群板岩，岩体为较破碎～较完整，局部存在全风化层，地层均匀性一般。茶～滨区间隧道结构底板主要地层有<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩、<9B>微风化板岩;结构顶板主要地层有<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩;结构线内地层主要地层为<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩、<9B>微风化板岩，隧道区间围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级。滨～桐区间隧道结构底板主要地层有<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩、<9B>微风化板岩;结构顶板主要地层有<5-2>粉质粘土、<6B>全风化板岩、<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩;结构线内地层主要地层为<7B>强风化板岩、<8B>中风化板岩、<9B>微风化板岩，隧道区间围岩级别为Ⅳ～Ⅴ级。区间盾构通过地段房屋众多，部分为桩基础，地面沉降控制严格。

区间穿越的主要地层特性如下：

<7B>强风化板岩：褐黄、褐灰、青色，大部分矿物已风化变质，节理裂隙极发育，岩芯极破碎，呈碎块状，局部短柱状，岩块用手可折断，冲击钻进困难，回转钻进容易，属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类。经地质勘察，天然抗压强度最大2MPa，最小0.68MPa，平均1.09MPa。