上软下硬地层盾构掘进关键技术

王运钢　韩　建　张方博

(1.中铁一局集团有限公司,陕西 西安　710054；2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京　100083)



上软下硬地层盾构掘进关键技术

王运钢1韩建2张方博2

(1.中铁一局集团有限公司,陕西 西安710054；2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京100083)

根据深圳地铁11号线某盾构区间工程的实际情况，分析了盾构施工的难点，阐述了小里程段与大里程段上软下硬地层的掘进技术，总结了掘进过程中的注意事项，以供同类工程参考。

地铁，盾构施工，上软下硬地层，掘进技术

0　引言

由于受到城市地下交通规划和设计的限制，地铁盾构区间不可避免的会部分位于硬质岩石，部分位于风化层或软弱地层，而硬岩与软弱地层相比，两者之间的物理特性差别较大，这对盾构掘进施工带来了一定的困难，国内许多学者一直在研究这类问题。文献[1]对上软下硬地层的盾构施工，提出了关于刀具配置和更换、掘进控制等的对策，以及对掘进异常情况的辨别和处理方法。文献[2]介绍了在上软下硬地层的盾构施工掘进参数和渣土改良技术。文献[3]结合深圳地铁2号线东沿线土建2222标侨香站—香蜜站区间，对上软下硬地层盾构施工，给出具体盾构掘进参数以提高掘进效率，以及研究渣土改良技术和带压开仓换刀技术。

1　工程概况

深圳地铁11号线某区间采取盾构法施工，全长约5.5 km，采用4台A6980大盾构机由中部始发井向两端车站掘进。其中盾构始发井至较远侧车站起止里程左线总长1 869.165 m，右线总长1 861.604 m，该段线路最小曲线半径600 m，线间距13 m～37.6 m；隧道最大纵坡24‰，最小纵坡4‰，区间共设3个联络通道，联络通道兼做换刀加固区。

该隧道穿越的地质条件主要为砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩，但左右线局部总计存在284 m硬岩凸起。取芯结果显示，岩体完整性较好，天然抗压强度平均值为81.7 MPa。现场取芯照片如图1所示。

全断面硬岩总计121 m，头尾两侧均为上软下硬地层，其中大里程段有条件进行预处理，已施作预裂爆破与注浆处理，后期掘进相对容易。小里程段由于上部为酒店建筑绿化带，未能进行预处理，后期掘进风险较大。

2　盾构施工的难点及风险分析

上软下硬地层指隧道下半断面或者大部分断面位于岩层中，上半断面或者拱部位于软弱地层中。正是这种特殊的地质条件造成了在上软下硬地层中盾构隧道掘进与一般地层的不同之处。主要体现在：1)上软下硬地层掘进易造成地表沉降；2)上软下硬地层掘进刀具磨损严重；3)上软下硬地层掘进需频繁开仓检查刀具，开仓风险大；4)上软下硬段地处下坡，对掘进不利；5)爆破预处理区掘进时，由于原有地表注浆孔可能存在封堵不密实，将会出现螺机喷涌、地表冒浆等问题。

3　上软下硬地层掘进前技术措施

3.1加密补勘

针对上软下硬地段，在详勘的基础上，加密布孔，保证沿线每5 m有一个地质取芯资料，充分了解岩面变化情况，尽可能排查孤石分布情况。

3.2孤石处理

发现孤石，需提前采取破碎处理。

3.3大里程上软下硬段预裂爆破及注浆处理

上软下硬段大里程部位前期具备预处理条件，设计采用地表钻孔预裂爆破+深孔袖阀管预注浆工艺。岩石预裂爆破的孔距、深度以及装药量等都需进行试验和检验，同时根据规范[4]进行爆破安全校核，要求预裂爆破后岩石块径不大于30 cm，满足螺机出渣要求。

3.4换刀点的设置及加固措施

区间联络通道范围均设计为换刀检查点，采用旋喷桩提前对隧道范围进行预加固处理。

4　小里程段上软下硬地层掘进技术

4.1推进参数

左右线在上软下硬地层中实际刀盘转速1.5 rpm，掘进速度8 mm/min，贯入度4 mm～6 mm，上部土仓压力1.0 bar～1.3 bar，扭矩1 700 kN·m～2 000 kN·m。

4.2刀具磨损情况

小里程段上软下硬地层中新更换的单刃滚刀可以使用约15环～20环，中心刀15环左右。其中内圈滚刀较多出现偏磨，外圈滚刀除偏磨外，还有断刀圈及缺口等现象。

4.3防喷涌措施

由于掌子面地下水含量丰富，隧道位于下坡段，盾构外部水体汇集刀盘及土仓内，当动水压力较大时，为防止坍塌又需要保证较高土压力，易造成螺机喷涌。采取措施如下：1)加入高粘度泥浆，改变渣土的附着性，喷涌现象得到改善，渣土可以顺利通过皮带机输送。2)缩短同步注浆初凝时间，调整后的浆液初凝时间为2.5 h，基本吻合硬岩段每环纯掘进时间3 h。3)及时进行二次注浆，管片外部每5环一道双液浆止水环封堵。

地层含水丰富，同步注浆容易被稀释，为保证二次注浆质量，采用如下措施控制注浆效果：1)用高粘度膨润土泥浆填满土仓；2)用高粘度膨润土泥浆填充盾壳，从尾盾至前盾；3)打开管片吊装孔注浆，由下至上，由掌子面向后延伸至第五环；4)间歇性注浆，注浆压力小于1 MPa；5)相邻管片顶部吊装孔打开，保证压力不会瞬时过大造成管片受损。

4.4小里程段上软下硬地层施工小结

1)保证同步注浆效果，二次注浆要及时跟进，做到常态化；2)不断尝试渣土改良工艺，达到最佳效果；3)保证二次注浆工艺质量的同时避免双液浆对盾构机的损害；4)不能盲目相信地质情况，遇到异常情况时及时停机处理；5)刀具磨损量大，应尽可能多的设置换刀加固区，进行常压换刀。

5　大里程段上软下硬地层掘进技术

5.1推进参数

左右线在上软下硬地层中实际刀盘转速1.5 rpm，贯入度8 mm～10 mm，扭矩小于2 300 kN·m，推力小于2 200 t。

5.2注意保持土仓压力

爆破处理以后，围岩裂隙发育，若注浆不到位或地表处理过程中封孔不到位，掘进时土仓内可能出现漏气等情况。因此实际掘进过程中应密切关注土仓压力情况，并做好注浆及地表封堵工作。

5.3大里程段上软下硬地层施工小结

1)由于硬岩处理段土仓压力无法有效控制，无法进仓换刀和检查刀具，若爆破区过长，可能会影响盾构顺利通过，建议在爆破区中部设置一处换刀检查点，该部位无需进行预处理；2)由于炸药残留，掘进过程中，洞内有害气体浓度可能较大，应加强通风和有害气体的检查；3)螺机双闸门设计非常有效，爆破所用的PVC管容易卡住渣口，一旦卡住，疏通时单闸门无法保压。

6　结语

1)现场条件具备的情况下，应坚决对不良地层进行预处理措施，无条件时也应尽可能创造条件，保证盾构掘进顺利，同时降低风险及成本。2)爆破后的注浆施工可进一步优化，同时必须要仔细对残留孔进行封堵和排查，避免留下安全隐患。3)硬岩掘进，对设备的维护和刀具管理需格外加强，出现异常情况时切忌蛮干。

[1]黄恒儒.土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术[J].广州建筑，2010,38(6)：17-19.

[2]付艳斌.上软下硬地层中盾构法隧道施工技术[J].交通科技与经济,2009(4):80-81,84.

[3]邓彬,顾小芳.上软下硬地层盾构施工技术研究[J].现代隧道技术,2012,49(2):59-63.

[4]GB 6722—2014，爆破安全规程[S].

Critical techniques of shielding tunnel in upper-soft lower-hard ground

Wang Yungang1Han Jian2Zhang Fangbo2

(1.China Railway First Group Co., Ltd, Xi’an 710054, China;2.School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

According to actual conditions of the shielding section engineering of Shenzhen subway line No.11, the article analyzes the shielding construction difficulties, describes the tunneling technologies of upper-soft lower-hard ground at small mileage section and large mileage section, and summarizes matters needing attention in tunneling process, with a view to provide some guidance for similar engineering.

subway, shielding construction, upper-soft lower-hard ground, tunneling technology

1009-6825(2016)25-0171-03

2016-06-23

王运钢(1980- )，男，硕士，工程师；韩建(1991- )，男，在读硕士；张方博(1992- )，男，在读硕士

U455.49

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