特殊地段的盾构施工技术措施

特殊地段的盾构施工技术措施
摘要:盾构在地铁区间的特殊地段施工,必须作好充足的施工准备和施工技术措施。

关键词:地铁区间;盾构施工;技术措施
广州西场站—西村站地铁区间施工标段,沿线两侧为密集民居、酒店、办公楼、商店等,交通繁忙,上部地面为环市西路,区间线路穿越广茂铁路,地形平坦,略有起伏,其中有岩溶和溶蚀空洞、内环高架桥桩、基岩球状风化体地段(风化深槽)、泥质粉砂岩、上软下硬岩段等特殊地段。

其中广州火车站—草暖公园区间段下穿过广州火车站广场,到达草暖公园,施工难度大。

根据现场实际情况,做出相应的盾构施工技术措施。

1盾构通过岩溶和溶蚀空洞
本工程隧道左右线均存在岩溶和溶蚀空洞,左线溶蚀空洞约为0.8ｍ高,右线在ＹＣＫ7+522和ＹＣＫ7+576处存在溶蚀空洞,其中较大的溶蚀空洞为2.7ｍ高,对盾构掘进造成极为
不利的影响,极有可能发生突泥、突水、地面沉陷、盾构机被卡等严重事故。

为保证盾构掘进顺利通过,必须提前探明隧道穿过的岩溶裂隙的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等,并及时处理。

施工采取以下措施探测和处理:
(1)开工前,进行补充地质勘探,在左右线溶蚀空洞地段加密勘探,在勘探场地允许的前提下,使部分钻孔间距达到10ｍ,进一步查明该段条件地层地质条件,对可能出现岩溶裂隙的段落、岩溶裂隙的规模、充填物等情况,提前作出盾构掘进方案。

(2)对盾构机适当改造,针对地质情况,盾构机增设超声波探测系统。

盾构掘进施工时通过发射超声波,可对刀盘前方30ｍ范围内的岩溶裂隙、砂土层中的孤石等分布情况进行探测,利用专业软件对接收到的反射波分析,即可精确查明岩溶裂隙或孤石的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等。

(3)根据超前地质预报的资料,对分布于盾构周边的岩溶裂隙,通过地面注浆的办法进行超前注浆加固或回填。

对岩溶裂隙要提前确定注浆方案,根据其位置、形状、充填物性质,确定实施超前注浆的里程位置、注浆品种及配合比、注浆压
力、注浆量等参数。

(4)盾构通过岩溶空洞位置时,要制定严格的盾构施工计划和实际可行的掘进参数,调整合理的泡沫添加参数,使所注入的泡沫能在开挖面形成良好的泥膜,保持其充填物的稳定。

(5)掘进通过后,在管片背衬及时施作二次补强注浆,控制岩溶裂隙内充填物的变形,使围岩保持稳定。

2盾构通过环市内环高架桥桩基
本区间段在西村站—广州火车站段下穿内环高架桥桩基础。

其中有3处4根桩基侵入隧道,需要进行桩基托换,其余桩基大多在隧道左、右线之间。

盾构机通过桩基础除采取一般措施外并进行特殊处理。

(1)合理控制推进速度,保证连续均衡施工,避免较长时间的搁置;
(2)严格控制出土量,防止不合理的超挖和欠挖;
(3)盾构在穿越这些建(构)筑物的过程中,变化不可过大、
过频,每次纵坡变化不得超过0.2%;
(4)同步注浆要及时、适量,以有效控制地层沉降;
(5)根据地面沉降情况,必要时可针对性地进行二次补压注浆;
(6)配备必要的机动设备,一旦发生意外情况则迅速投入抢险;
(7)通过预先设置的观测点对建(构)筑物进行监测,如果发现异常变形,必须立即停止施工,根据实际情况采取调整施工参数或对建(构)筑物进行适当处理。

3盾构通过球状风化体地段(风化深槽)
地质剖面图显示本区间内中风化岩层中有存在微风化的情况,强风化地层中存在部分中风化地层。

详勘报告认为该岩区全、强风化带内可能还存在未被揭露的中、微风化岩球状风化体。

盾构施工时要采取的主要技术措施如下:
(1)盾构进入砂岩区段后,要严格监测推进油缸和盾构机
姿态的突然变化及土仓压力和出碴量的变化,如发现异常,应进入土仓进行检查，以判断是否存在球状风化体,并确定球状风化体与刀盘的位置关系。

工作步骤如图1。

(2)利用土仓内安装的超声波探测系统时刻监视掌子面前方的变化,提前发现前方的孤石,根据情况采用提前加固孤石旁地层或用冲击钻提前破碎的方法处理。

(3)掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态,确保其不超载并观测刀盘是否受力不均,以防刀盘产生变形。

(4)针对球状风化体岩质较硬的特点,刀具应以盘形滚刀为主,掘进时采用高转速将其切削成碎块。

若掘进速度相当慢或球状风化体随刀盘一起滚动时,应进入土仓进行人工处理。

(5)在工作面稳定性差的情况下,进入土仓时必须建立一定的气压,此时应按相应的规程进行工作。

(6)在工作面稳定性极差的情况下,如条件允许可从地表采用注浆加固的方式进行地层加固,然后再进行处理;如条件不允许,可以应用配备在盾构机上的超前注浆孔对工作面进行注浆加固,然后再进行处理。

4泥质粉砂岩段掘进
本标段从始发到吊出,中间多段穿越泥质粉砂岩。

粉砂岩遇水易软化崩解。

盾构掘进时可能会在刀盘特别是刀盘的中心部位产生“泥饼”,当产生泥饼时,掘进速度急剧下降,刀盘扭矩也会上升,大大降低开挖效率,甚至无法掘进。

首先,利用ＷＩＲＴＨ-ＮＦＭ盾构机具有防止泥饼产生的特点如图2所示。

(1)刀盘面板与后部土仓密封隔板共同组成土仓,隔板上的中心圆饼和周围圆环都是静止不转并设搅拌棒。

掘进时,刀盘面板与隔板之间存在相对运动,搅拌棒可充分搅拌碴土,从而可减少在土仓中产生泥饼的可能。

(2)中心开口率大,且中心刀可及时更换成片式刮刀,使开口率进一步增大。

中心刀盘面板和中心隔板之间存在相对运动,借助于搅拌棒充分搅拌碴土,不易产生泥饼。

(3)通过面板上的泡沫注入口,向刀盘面板和土仓中注入泡沫剂,一方面清刷刀具上糊的粘土,降低刀具温度,也可以改善土仓内的碴土性能,增加碴土的流塑性,防止形成泥饼,堵塞土仓及螺旋输送机。

其次,施工中采取以下技术措施:
(1)在到达这种地层之前把刀盘上的中心滚刀更换为片式刮刀,进一步增加刀盘的开口率。

(2)加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理,特别是在粘性土中掘进时,要更加密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态。

(3)在这种地层掘进时应适量增加泡沫的注入量和选择比较大的泡沫加入比例,减小碴土的粘附性,降低泥饼产生的机率。

(4)一旦产生泥饼,及时采取对策,必要时采用人工处理的方式清除泥饼。

(5)必要时螺旋输送机内也要加入泡沫,以增加碴土的流动性,利于碴土的排出。

5盾构在上软下硬段岩层掘进
在软岩和硬岩分界处,部分区段内坚硬岩层仅在隧道开挖
面下半部分出露(半软半硬)。

本区间大部分地层均上软下硬。

盾构在穿越上软下硬区段时,由于上下岩层强度相差较大,盾构容易上抛,此施工段施工重点是盾构机的使用控制。

(1)适当放慢掘进速度,使盾构刀盘能对正面坚硬岩层进行充分破碎;
(2)合理利用盾构铰接千斤顶,改变刀盘倾角以加强对硬岩部位的切割,提高盾构掘进过程中的轴线控制能力;
(3)调整盾构机推进千斤顶的区域油压,硬岩区域推进千斤顶油压较软岩部位适当加大,以控制千斤顶的合力作用点、抵消上抛力,控制好盾构轴线位置和隧道坡度。

(4)利用刀盘边缘的扩挖刀,对下部硬岩部分适量扩挖以避免盾构上抛。

(5)如果上部太软掘进时出现塌陷,则应考虑地表注浆加固。

一般情况下可以通过保持一定的土压防止上部掌子面坍塌。

6小结
在广州,地铁施工正在大面积地推进,施工中遇到很多特殊地段,地铁施工者特别情况特别处理,做出相应的施工措施,并不断地在实践中总结经验提高施工技术水平,提高工效创优质工程,创用户放心工程。

参考文献:
[1]城市快速轨道交通工程项目建设标准[Ｓ].
[2]地下铁道设计规范(ＧＢ50157-2003)[Ｓ].
[3]地下铁道工程施工及验收规范(ＧＢ50299-1999)[Ｓ].
[4]铁路隧道施工规范(ＴＢ10204-2002)[Ｓ].。