盾构在不同地层掘进的参数控制措施

盾构在不同地层掘进的控制措施

2013年5月18日

目录

1、盾构穿越江河、富水砂性地层.................................................................................... - 1 -

2、盾构穿越上软下硬地层................................................................................................ - 2 -

3、盾构穿越硬岩地段........................................................................................................ - 2 -

4、盾构穿越球状风化地层................................................................................................ - 3 -

5、盾构穿越断裂带............................................................................................................ - 4 -

6、盾构穿越空洞................................................................................................................ - 5 -

7、盾构穿越粘性土地质.................................................................................................... - 7 -

8、盾构穿越含煤气层地段................................................................................................ - 7 -

9、深圳地区地铁盾构在不同地层施工的参数控制统计表............................................ - 1 -

1、盾构穿越江河、富水砂性地层

在盾构施工中，盾构机在江底、富水砂性松散地层等地质条件下的掘进参数对其施工安全有着重要影响，保证盾构机完好是顺利通过这些不良地层的关键。

1）穿越江河地段

（1）过江前仔细检查主轴承、盾壳铰接和盾尾的密封状况，以保证设备完好和提高过江安全性，同时及时更换损坏刀具，必要时需要提前更换盾尾密封，并保证配件供应和盾构机各系统始终处于正常工作状态，提高掘进速度，避免盾构机在江底作不必要的停留，以降低风险。

（2）施工中注意设置和控制盾构机施工参数，特别是利用声纳法或水压力感应器法等信息化反馈手段，及时摸清江底隆沉情况，调整盾构机施工参数，将其掘进对河床的扰动降到最低。

（3）适当缩短浆液胶凝时间，保证同步注浆质量，减少地层损失。

（4）增加洞内排污设备能力，保证盾尾积水及时排除。

2）穿越富水砂性地层

在富水砂性地层的施工过程中，如何把从螺旋机口喷涌出来的泥砂接入到渣土车中显得很关键，大量泥砂在皮带机上打滑无法运输，这是影响盾构施工的最大问题。

富水砂性地层盾构掘进施工时采用快速通过，并对螺旋机进行一定的改造。

图1-1 螺旋机喷涌

（1）使用保压泵。保压泵被安装在螺旋机的出口处，可保持螺旋机的压力，可防止螺旋机门一打开就发生如图1-1的喷涌现象，避免了泥砂涌入隧道；在安装保压泵的过程中，要拆除皮带机，在使用上存在着一些麻烦。

（2）在螺旋机出口连接管道或凹槽，从螺旋机喷涌出来的流砂、水可直接引入渣土车中，该方法简单实用。

2、盾构穿越上软下硬地层

盾构在上软下硬地层施工过程中存在的主要问题是盾构掘进控制难度大，工况转换频繁。掘进面上下岩体的完整程度及强度差别较大，容易发生盾构机抬头事故。

主要施工技术措施：

1）结合地质资料，注意分析盾构机的状态参数，及时发现上软下硬地层，以便采取相应措施。

2）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。

3）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。

4）调整盾构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。

5）采用土压平衡模式，密切注意出土量，如下部岩层较硬，掘进速度比较慢，而上部土体受到扰动容易造成坍塌，此时要注意控制每环的出土量在额定的范围内，否则会造成地面的坍塌或沉陷。

6）采用土压平衡或气压平衡模式掘进，必要时注入泡沫或泥浆对碴土改良，以减小刀具及刀盘的磨损。

7）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。

3、盾构穿越硬岩地段

1）盾构机穿越这类岩层时，盾构掘进时主要有以下特点：

（1）掘进速度慢；

（2）刀具磨损大，刀具更换频繁；

（3）轴线控制难度大；

（4）推力增大，有可能引起管片的裂缝；

（5）岩石自稳能力强，适合采用敞开掘进模式。

2）主要施工技术措施：

（1）盾构在硬岩段掘进时，首先要选择好掘进模式，土压平衡盾构掘进时，掘进模式主要有以下3种。

①土压平衡模式下掘进：给刀盘提供推进力容易，但是土仓中渣土对刀具的磨损比较大，甚至会造成滚刀偏磨。

②半敞开模式掘进：一方面能够减小刀具的磨损，同时更易给刀盘提供顶推力。

③敞开模式推进：盾构在空仓情况掘进主要能够降低刀盘、刀具的磨损，滚刀在转动中所受磨阻力小，但在空仓掘进时，推进力不易加载。

在一般情况下，建议采用半敞开模式掘进，既可以减小刀具的磨损，又能较为容易地施加推进力。硬岩段盾构掘进除选择好掘进模式外，重视刀具管理和泡沫系统科学合理的使用尤为关键。

（2）进入硬岩段掘进前要对盾构机进行一次全面的维修保养，确保盾构机的工作状态良好。

（3）采用单刃滚刀破岩，减少换刀次数与频率，提高施工进度。掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不超载。

（4）增加开仓检查的频率，注意量测刀具的磨损情况，在地质条件允许的情况下及时更换磨损的刀具，避免损伤刀盘。

（5）如可能，换刀时启动刀盘伸缩装置，缩短换刀时间并在土仓内更换刀具，减少换刀时间对掘进循环的影响，提高设备利用率。

（6）硬岩段掘进时启动盾构稳定装置，减小盾构机振动和防止盾构机产生超限扭转，使管片受力稳定，确保隧道成形质量和保护管片，防止盾构变形。

（7）采用敞开模式掘进时，遵循高转速、低扭矩原则选取参数，以提高掘进速度。

4、盾构穿越球状风化地层

花岗岩球状风化地层俗称“孤石”层，由于风化球岩体的强度远大于周围岩土层的强度，是盾构施工的不利因素。风化球周围岩土层主要为花岗岩强、全风化层，强度差异较大，稳定性差，为Ⅱ、Ⅲ类围岩。