软硬不均地段对盾构施工的影响及应对措施.doc

软硬不均地段对盾构施工的影响及应对措施
【摘要】：深圳地铁地勘报告中显示，区间隧道施工时将穿越一些施工困难复杂地段，复杂困难地层代表之一就是软硬不均地层，施工前首先对盾构机的施工风险及应对措施进行专题研究，并制定各种对策，以确保施工质量和施工安全。
【关键词】软硬不均地层 盾构机施工影响 应对措施
盾构法施工无需开挖，对周围环境影响较小，目前在众多工程中得到广泛应用，诸如地铁、隧道、城市排水、水气油输送管道工程等等。盾构隧道施工方法及施工参数的选择与其它任何一种地下工程一样，无不受制于施工环境，特别是围岩的工程地质和水文地质特征。本文针对软硬不均地质条件下盾构施工的难点及对策进行了分析探讨。
1、软硬不均地层对盾构施工的影响
国内外大量的工程实例表明，盾构穿越软硬不均的复合地层存在许多问题，在国际上都是一大难题。特别是上部有建筑物的软硬不均地层，到目前为止仍无有效的解决方法。
盾构在软硬不均地层掘进时，由于掌子面强度差异大，首先刀具在经过软硬交界带时，岩面对刀具的撞击极易造成刀具磨损严重、非正常损坏多、更换困难等造成掘进受阻、刀盘磨耗，致使刀盘强度和刚度降低而无法掘进。刀盘受力不均致使主轴承受损或主轴承密封被破坏，其次在相同的刀盘转速和推进速度下，下部进度慢，上部的土层过度扰动，会造成隧顶土层松弛，注浆不及时，易产生地面沉降甚至塌陷。从而造成推进速度缓慢，只能靠提高推进速度，过多的出土则造成地表沉陷，对地表建筑物和管线造成影响。
千斤顶的推力不均匀还可能导致管片衬砌错台、开裂；软硬不均地层容易引起盾构施工曲线偏高设计方向，盾构掘进控制难度大，工况转换频繁等。因此，开展穿越软硬不均地层的盾构法施工关键技术研究是非常必要的。
2、盾构机穿越软硬不均地层时的应对措施
2.1掌握工程地质及水文地质情况
施工前必须结合地质资料，掌握工程地质及水文地质情况，为科学选择掘进参数提供依据，减少施工的盲目性。盾构施工前期进行多次补充地质勘查工作，能够摸清软硬不均地层地段的工程地质及水文地质情况，为施工预案的制定提供了可靠的依据。
2.2掘进模式选择
由于软硬不均地层是一种特殊的地质，既有软岩地层的不稳定性，又具有硬岩的强度。为确保地表及地面建（构）筑物的稳定，必须采用土压平衡掘进模式。
2.3盾构姿态、方向控制
采取措施，重视盾构的轴线控制和姿态控制：合理利用超挖刀，根据测量数据及时修正千斤顶推力组合，合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。
发现盾构机遇到孤石或硬岩时，降低推进速度和推力，增加刀盘转速，以更好地保护设备和控制轴线。
盾构机穿越软硬不均地层时，一定要重视盾构的轴线控制和姿态控制:合理利用超挖刀，根据测量数据及时修正千斤顶推力组合，合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。
2.4盾构掘进参数选择
刀盘的转速控制在1.0 r／min左右
在软硬不均地层中掘进，局部岩石硬度较高，硬岩处刀盘的滚刀受力较大，而软岩部分只需对掌于面进行切削即可破坏土层，但局部硬岩对刀具即刀盘的损伤较大，应适当降低刀盘转速，使刀具受到的瞬时冲击小于安全荷载。
螺旋输送机转速的选择一般保持在3-8rpm之间
在软硬不均的地层中，土压的保持是非常重要的，由于软岩部分非常容易坍塌，而硬岩部分因硬度较高不易切削，为保护刀具需要降低掘进速度，但是掘进速度过低对软岩部分的稳定非常不利，因此要保证掌子面的稳定性，需要保持较高的土压，并且要求螺旋输送机的出碴量小。
油缸的推力和速度
在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力和速度一致，但是在软硬不均的地层掘进时，根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧推进油缸的推力和速度适当减小的原则。
2.5加强碴土改良
软硬不均地层掘进时必须加强碴土改良，采取向土仓内加入泥浆或膨润土的方式，对砂层或其它软弱地层起泥模作用，士仓内高压空气不易逸出，可以有效防止软弱地层坍塌。加强碴土改良也有利于防泥饼问题。
3小结
通过上面论述，可以得出，盾构机施工时，无论下穿何种地质条件。必须做好以下几点：
（1）施工前必须结合地质资料，掌握工程地质及水文地质情况，为科学选择掘进参数提供依据，减少施工的盲目性。盾构施工前期进行多次补充地质勘查工作，能够摸清各种地层地段的工程地质及水文地质情况，为施工预案的制定提供了可靠的依据。地质勘查要详细、准确。地勘报告是设计和施工的第一手资料，只有做好了地勘工作，才能对各种复杂地层选择合适的工法。
（2）配置适宜的盾构机、掘进模式、盾构姿态和方向的控制。
（3）优化掘进施工参数。当地勘工作准确无误，并选择了适宜的盾构机之后，只要控制好盾构机在复杂地层施工中的掘进参数，就能够实现其安全快速推进的目标。配置合理的刀具,提高刀盘切削土体的效率;设定适宜的掘进参数和同步注浆参数,确保盾构机在复合地层中能正常掘进;保证土仓内土压的动态平衡,和螺旋输送机的出土速度,保证盾构机能在岩层中安全快速地掘进。
（4）加强碴土改良，提高盾构的适应性。
（5）盾构机在复杂地层施工中的掘进成败关键在操作人员，要加强对盾构机操作员的技术培训，提高对复杂地层的认识和应变能力。