国内土压平衡盾构越江工程实例

国内土压平衡盾构越江工程实例内容摘要：

化层单轴极限抗压强度最大为。 盾构机穿越珠江区段隧道左质纵剖面见图 ， 具体地质情况见表 22。 图 过江段地质纵剖面图 表 22 珠江江底地质情况一览表 地段 洞身地质情况 洞顶岩层厚度及性质 YDK4+730～YDK4+810 (北珠江段 ) 8.9地层 cf =15～ 20MPa 平均 14m 洞顶覆盖层以⑺强风化泥质粉砂岩 .⑻红岩中风化岩为主 YDK4+810～YDK5+060 (海心沙 ) 8地层 cf =6～ 24MPa 12～ 14m 洞顶覆盖层以⑺泥质粉砂 岩 . ⑻红岩强风化带为主 YDK5+060～YDK5+375 （南珠江段） 7.8.9地层 cf =5～ 10MPa 最小 7m（ YDK5+310），最大 17 m YDK5+310 处前后 25m范围内岩层厚度≤ 3 m 洞顶覆盖层以⑺泥质粉砂岩 . ⑻红岩强风化带为主 盾构机主要特点 本工程采用德国海瑞克公司生产的土压平衡盾构机 S181和 S182(型号 )进行施工。 每台盾构机的刀盘上均布置了中心滚刀 6把、正面滚刀和边缘滚刀 13 把、正面刮刀 64 把、边刮 刀 32 把。 刀盘开口率为 28%。 盾构机的最大总推力为34210kN，刀盘转速为 0～。 采用螺旋机、皮带机出渣和电瓶车泥斗水平运输、龙门吊垂直提升的方式出土。 在盾构机螺旋出土机的出口处设置安全闸阀，防止珠江水突然涌入盾构机。 过江段施工遇到的问题及对策 （ 1）盾构机密封性能不良 两台德国海瑞克盾构机最大的问题是存在因盾尾密封刷损坏导致盾尾密封性能不良问题。 在过江前的掘进中，由于盾尾密封性能不良，同步注浆的浆液和地下水大量渗漏到盾尾，给施工带来极大的不便，并影响到隧道的质量。 在江底掘进 时，如果江底地下水较大，大量地下水从破损的盾尾渗流到隧道内，后果将不堪设想。 盾尾密封是保证盾构机与地下水隔离的一道非常重要的屏障，因此在过江前，必须解决盾尾密封问题。 这是保证盾构江底施工安全的最重要的因素。 如果在地面或者在盾构机没有开始掘进之前进行盾尾密封更换，更换工作就比较容易操作。 但是，在隧道内更换盾尾密封，则具有较大的技术难度。 在本工程之前，广州地铁建设史上还没有进行过洞内盾尾密封更换的施工经验。 经施工单位详细研究，最终确定了盾尾更换方法，并成功地完成了盾尾密封的更换。 在过江过程中盾尾密封性能良好。 现将盾尾更换的关键技术总结如下。 ① 首先选择稳定的地质条件，尽量避免在软土地层中更换； ② 对盾尾刷后部 2～ 5环的管片进行管片壁后二次注浆 (水泥 — 水玻璃双液浆 )，将管片与地层之间的流水通道完全封死，防止地下水通过盾尾进入盾构内； ③ 将千斤顶推进至 1200mm 行程位置左右。 此行程可将已经安装的贴着千斤顶撑靴的管环部分环片拆除，并将盾尾刷露出 1～ 2 道，既可保证更换的安全性，又具备操作性； ④ 先拆下 K和 C 块 (K 块或 B 块 )，放至隧道底部，更换该位置的盾尾刷。 更换完毕后，马上在盾尾刷钢丝中和盾尾刷之间空隙使用盾尾密封油脂进行填充，并要保证填充饱满； ⑤ 再按照顺时针方向，依次拆除 B→ A1→ A2→ A3 块。 每拆除 1 块管片，更换该块管片位置的盾尾，并按照 4)中要求填涂该块管片位置处油脂，但要注意，此时拆除的管片需顺时针安装在上次已经更换好尾刷的位置 (如 B 块安装在原 K块和 C块位置， A1 块安装在原 B块位置 )，最后安装 C块和 K块； ⑥ 注意事项：更换尾刷过程中，需要保证千斤顶推力≥ 4000 kN，以免盾构机低头或引起较大地表沉降。 准备好充足的缓冲垫，对拆除管片过程中受到破坏的缓冲垫和橡胶止水条使用专用胶水及时进行黏贴；新更换的盾尾刷刚度较大，管片安装就位困难，此时需要使用管片安装器认真小心安装。 （ 2）江底喷渣 江底掘进过程中在 620 环、 654 环等位置时，由于掘进速度慢，隧道围岩渗水量大，同时夹有松散砂砾层，渣土的和易性不好，输送皮带不能及时带走渣土，造成土仓内土压过大，当压力 时，打开螺栓机仓门时泥水就会从 仓门喷出，发生喷渣。 在实际操作中，进行渣土改良，采取减少泡沫供应量 (主要是减少水量 )和暂停掘进的措施。 同时逐渐从出土口放水降低土压至 ～ 以后，再恢复正常掘进及出渣。 为避免流向土仓的水量过大，把注浆管 (上部 1或 4)拆下一根放水，以降低来自管片后部的水压，使土仓内的渣土不至于成泥水状，造成出土困难。 但此时，泡沫系统不能关闭，液体流量可控制在 30L/min 内，气体流量要保持 250～ 300 L/min 左右，防止堵管现象发生。 另外，喷渣现象发生时，应在刀盘扭矩允许的条件下，尽量提高掘 进速度，以期多削土体吸收水分。 采取以上措施后，较好地控制了喷渣，大大加快了施工进度。 另外，在设备配备上，增加排水设备，加强隧道、盾尾排污能力，使喷渣、盾尾积水能迅速排到洞外，保证管片顺利安装。 （ 3）防止江底坍塌 根据设计和地质勘探资料， YDK5+310 处前后 25m 范围内岩层厚度应≤ 3 m，穿越时应严格控制江底沉降，防止盾构机推力过大破坏洞顶岩层，引起江底坍塌，造成江水灌入洞内。 控制江底沉降，首要的是尽量减小对江底地层的扰动。 为此，施工时采用声纳法对江底沉降进行实时监测，同时结合盾构机及管片姿态监 测，通过信息反馈及时调整相关施工参数。 掘进技术措施 （ 1）推进参数的选择 根据该区段的地质情况分析，以〈 8〉号地层为主，〈 7〉、〈 9〉号地层相对较少，岩质相对较硬，并根据两次实地开仓检查掌子面的土质观察，存在硬岩并夹有少量松散的砂砾层，故选择推力时一般应≤ 12020kN。 刀盘扭矩一般选择在 2 550～ 之间，最大值≤。 根据推进 500 环距离的情况看，正常推进时，扭矩一般在 左右波动，瞬间最大扭矩。 推进速度为10～ 50 mm/min 之间，最大超过 76 mm/min，最小则在 10mm/min 左右。 具体参数见表 23。 表 23 过江区段掘进参数表 地层 推力 kN 扭矩（ kN m） 速度 (mm/min) 土仓压力 MPa 8（为主） ,7,9 11000～ 12020 2550～ 3150 35～ 40 ～ 9(为主 ),8 12020～ 15000 2850～ 3375 10～ 20 0～ (2)推进模式的选择 根据地质勘查资料和实地开仓检查对掌子面地质情况的结果分析，认为土质有较好的稳定性，江底发生 坍塌的几率不大。 但由于过江区段地质裂隙发育，裂隙水比较多，且地层夹有松散砂砾层，有可能形成渗水通道。 监测的结果亦表明了该区段的渗水量。