土压平衡盾构机过南太子湖施工参数研究

黄明

武汉市汉阳市政建设集团公司 湖北 武汉 430000

引言

目前，国内水下隧道施工已有先例，但在武汉城市地铁建设中采用土压平衡盾构机长距离穿越湖底施工却尚属首次。其中超浅埋湖底隧道掘进防喷涌、超长距离湖底隧道掘进技术控制、长距离湖底成型隧道防水技术等等，技术难度及安全风险较大。基于此，依托六号线一期工程二标段过南太子湖盾构工程，对土压平衡盾构机在穿越湖底的一系列过程展开施工技术研究[1]。

1 工程概况

本区间内里程K2+350至区间设计终点K3+623.238为南太子湖水域（1273.2m），其中K3+000～K3+350为东方高尔夫球场（穿湖923.2m）。勘测期间测得湖面高程18.1m，湖底高程在17m左右，水深约1.0～1.5m。最大水深2.1m。

区间隧道主要经过地层为10-1b粉质黏土、10-2角砾土（强透水层，含承压水 ）、15a-1强风化泥质粉砂岩和15a-2中风化泥质粉砂岩。

2 盾构掘进参数统计分析

车城东路站至江城大道站左线区间采用土压平衡模式进行掘进，掘进过程中由盾构数据采集系统记录盾构操作过程中的全部掘进参数，包括刀盘转速、刀盘扭矩、螺旋输送机转速、土舱压力、各组推进油缸压力、各组推进油缸行程、总推力、贯入度、泡沫压力、注浆压力等数十个参数。结合本工程的地层特点和土压平衡盾构机掘进特性，以下将主要选取掘进速度、总推力、刀盘扭矩这三个掘进参数进行分析。

根据现场实际施工进度，选取509环至828环（共计320环）的盾构掘进参数进行统计分析。该区段穿越的地层条件较为复杂，按地层特征分为三个区段：509环至558环（共计50环）为中风化泥质粉砂岩，559环至678环（共计120环）为强风化泥质粉砂岩与中风化泥质粉砂岩的混合岩层地层，679环至828环（共计150环）为角砾层。对这三个区段掘进参数进行分析[2]。

2.1 总推力统计分析

对中风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩与中风化泥质粉砂岩的混合岩层、角砾岩的盾构掘进各环总推力进行统计分析，总推力变化趋势如图1所示。

图1 各环总推力变化趋势图

混合岩层条件差，掘进过程中总推力受多种因素影响，数据波动幅度较大，较不稳定，而角砾岩地层中地层条件相对较好，总推力值较为稳定，中风化泥质粉砂岩地层中总推力值分布规律正好介于二者之间。以上规律在各地层总推力分布曲线图中可以得到很好的体现。

2.2 刀盘扭矩统计分析

对三种岩层的盾构掘进各环刀盘扭矩进行统计分析，变化趋势如图2所示。

图2 各环刀盘扭矩变化趋势图

而从整个变化趋势上看，当盾构机从混合岩层掘进至角砾层的过程中，刀盘扭矩呈现下降趋势，最后趋于稳定。

2.3 掘进速度统计分析

对三种岩层的盾构掘进各环掘进速度进行统计分析，变化趋势如图3所示。

图3 各环掘进速度变化趋势图

比较三种地层的掘进速度统计标准差，混合岩层的掘进速度值离散性较大，波动性较明显。从掘进速度变化曲线可以看出，盾构在掘进过程中掘进速度不断提升，直至掘进进入角砾层之后便趋于稳定[3]。

4 结束语

（1）土压平衡盾构对于水下城市轨道交通隧道建设具有较强的适应性，通过对盾构机的始发检查和全面检修，对盾构机各项参数的把控，可以确保盾构机在水下掘进过程保证良好的工作状态。

（2）通过对车江区间左线盾构机掘进参数的统计分析可以看出，总推力和刀盘扭矩在推进进入角砾层时有一个明显的下降趋势，而掘进速度及最大土舱压力则是一个明显的上升趋势。

（3）在强风化与中风化泥质粉砂岩的混合岩层中，盾构机各项参数都存在明显的离散性，且数据波动较大，不够稳定。说明在该岩层段，应尽量控制盾构机各项参数平稳，保证安全推进。

参考文献

[1] 竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京:中国科学技术出版社,2006:297.

[2] GB50299-1999.地下铁道工程施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社,1999.

[3] 龚秋明,佘祺锐,王继敏,等.不同层厚层状岩体对TBM开挖的影响[J].岩石力学与工程学报,2010,29(7):1442-1449.