摘要：全風(fēng)化花崗巖地層中的掘進(jìn)管理是盾構(gòu)法隧道施工中一項(xiàng)非常重要的工作。所采取的施工措施是否適當(dāng)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的順利開(kāi)展起著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)南方某市地鐵三號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間在以全風(fēng)化花崗巖為主，夾雜粘土的復(fù)合地層中掘進(jìn)時(shí)遇到的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行分析介紹，為類似工程提供參考。
　　關(guān)鍵詞：全風(fēng)化花崗巖地層，泡沫，膨潤(rùn)土液，渣土改良
　　一、概述
　　某市軌道交通三號(hào)線［XX站北～XX廣場(chǎng)站］盾構(gòu)區(qū)間土建工程，在盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)中間風(fēng)井重新始發(fā)后，掘進(jìn)情況即出現(xiàn)異常：推力增大（1500t-1800t），刀盤(pán)工作油壓增高180bar-260bar，掘進(jìn)速度很慢1~8mm/rpm,而且刀盤(pán)經(jīng)常被卡和出渣困難。為保證地面不產(chǎn)生大的沉降，又不得不保持較高的土倉(cāng)頂部壓力，于是掘進(jìn)情況始終非常困難，給項(xiàng)目部的生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便。
　　二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（論文網(wǎng)）
　　工程地質(zhì)：右線隧道穿過(guò)地層以〈6H〉為主，其中中部以殘積土層和全風(fēng)化土層為主，北部隧道頂部出現(xiàn)了含水砂層。巖石全風(fēng)化帶：按巖性分為兩個(gè)亞層：花崗巖全風(fēng)化帶(γy3)，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈堅(jiān)硬土狀，呈灰黃、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，遇水易軟化及坍塌，厚度0.60～19.30m，分布廣泛，代號(hào)為“<6H>”。硬質(zhì)變質(zhì)巖全風(fēng)化帶(Z)，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈碎斑狀，呈棕紅、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，遇水易軟化及坍塌，厚度0.80～6.70m，分布廣泛，代號(hào)為“<6Z-2>”。
　　水文地質(zhì)：地下水位埋深0.30~3.50m。本段地下水主要為第四系的孔隙水及基巖裂隙水，第四系孔隙水主要賦存在沖洪積砂層及海陸交互相砂層中，砂層分布廣泛，厚度大，賦水條件好，屬中等透水，砂層滲透系數(shù)為3.43~5.14m／d，透水性不均。淤泥、淤泥質(zhì)粉土、粘土、殘積土，具微弱透水性，透水性差。基巖強(qiáng)及中風(fēng)化巖裂隙發(fā)育至較發(fā)育，其透水性稍大，滲透系數(shù)為0.11~0.65m／d。總的來(lái)看，場(chǎng)地地下水豐富，平均每100m基坑涌水量約216.3m3／d。本標(biāo)段地下水對(duì)鋼筋混凝土為無(wú)或弱腐蝕性。
　　三、掘進(jìn)困難的原因分析
　　1、刀盤(pán)及中心回轉(zhuǎn)體上有泥餅
　　刀盤(pán)表面的刀具，如滾刀、刮刀和齒刀被完全包裹。正常情況下由刀具破入地層刮下土體，這時(shí)卻變成了刀盤(pán)整個(gè)表面和地層摩擦，必然需要更大的掘進(jìn)推力和增加刀盤(pán)工作油壓。中心回轉(zhuǎn)體上的泥餅使得刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增大和渣土流動(dòng)不良無(wú)法及時(shí)排出也必然使得掘進(jìn)情況變壞。見(jiàn)下圖
　　
　　2、選擇的掘進(jìn)模式不當(dāng)
　　本盾構(gòu)工程采用的是廣州海瑞克隧道機(jī)械有限公司制造的EPB土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。掘進(jìn)中為保證地層壓力和倉(cāng)內(nèi)壓力的平衡，確保地表穩(wěn)定和地面建筑物的安全，選用了倉(cāng)內(nèi)填滿渣土維持土壓的辦法，即以實(shí)土壓模式掘進(jìn)。但由于倉(cāng)內(nèi)土壓較高，全風(fēng)化巖層的顆粒之間及其和刀盤(pán)表面之間缺少潤(rùn)滑和冷卻，摩阻力大且長(zhǎng)時(shí)間掘進(jìn)后易產(chǎn)生高溫。這樣一來(lái)，既導(dǎo)致掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)工作油壓很大，電機(jī)過(guò)載而經(jīng)常跳閘；又造成地層中的粘土受擠壓后和顆粒狀的全風(fēng)化巖層在倉(cāng)內(nèi)高溫的作用下于刀盤(pán)表面上、土倉(cāng)內(nèi)壁及中心回轉(zhuǎn)體上形成泥餅，引發(fā)出渣不暢、推力增大、扭矩過(guò)高、速度緩慢的不利情況。
　　3、渣土改良效果差
　　1）在發(fā)現(xiàn)向土倉(cāng)內(nèi)注水的4長(zhǎng)管路中有3條堵塞后未能及時(shí)處理，導(dǎo)致加入的工業(yè)水?dāng)?shù)量不足，導(dǎo)致倉(cāng)內(nèi)渣土不能及時(shí)被水浸潤(rùn)而降溫和變軟，在不斷擠壓和高溫的作用下巖石顆粒和粘土成塊狀并附著在刀盤(pán)表面、倉(cāng)壁及中心回轉(zhuǎn)體處，刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互間的摩擦?xí)�產(chǎn)生很大的阻力。
　　2）作為添加劑注入的膨潤(rùn)土液未完全發(fā)酵，其靜止流限和運(yùn)動(dòng)流限未達(dá)到發(fā)揮作用所要求的限值。造成的原因主要是在臺(tái)車上的漿斗內(nèi)攪拌發(fā)酵時(shí)間不足。
　　4、發(fā)泡系統(tǒng)有故障
　　1）在發(fā)現(xiàn)向刀盤(pán)前方注泡沫的管路有一半堵塞后未能及時(shí)處理，導(dǎo)致添加劑注入位置不均勻和注入量不足。這樣，渣土在與足量的添加劑混合之前，即由散狀體改良為流塑體，便進(jìn)入了土倉(cāng)。
　　2)發(fā)泡系統(tǒng)管路打出的泡沫效果不佳，起泡較大、起泡不充分且液體較多。見(jiàn)下圖
　　
　　3）發(fā)泡系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置不合理，不適用于花崗巖全風(fēng)化地層中的掘進(jìn)。
　　四、應(yīng)對(duì)措施
　　1、壓氣作業(yè)進(jìn)倉(cāng)清除泥餅
　　在保壓模式下，人員進(jìn)倉(cāng)清除刀盤(pán)表面及倉(cāng)內(nèi)中心回轉(zhuǎn)體上的結(jié)硬泥塊。清除后的刀盤(pán)見(jiàn)下圖：
　　
　　2、選擇適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)模式
　　考慮到隧道通過(guò)地層為以全風(fēng)化為主，夾雜粘土，可將掘進(jìn)模式由實(shí)土壓改良為氣壓、土壓相結(jié)合的掘進(jìn)模式，即倉(cāng)內(nèi)留置一定量渣土，同時(shí)通過(guò)氣壓維持土倉(cāng)頂部壓力，使之維持在設(shè)定范圍內(nèi)。這樣既能保證地表穩(wěn)定、減小沉降，還能減小盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)阻力和刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力，起到降低總推力、減小刀盤(pán)工作油壓和提高掘進(jìn)速度的作用。
　　3、加強(qiáng)渣土的改良
　　1）加大倉(cāng)內(nèi)工業(yè)水的注入量。停機(jī)打通2條堵塞的注水管路，保證4條注水通道的正常工作。
　　2）將倉(cāng)壁上3點(diǎn)和9點(diǎn)位置的預(yù)留口位置改為膨潤(rùn)土液的注入通道，這樣注入的膨潤(rùn)土液能及時(shí)浸潤(rùn)進(jìn)入土倉(cāng)的渣土，同時(shí)通過(guò)攪拌棒的攪動(dòng)與倉(cāng)內(nèi)土體充分拌合，使渣土從散狀土體改良為溶膠狀流塑體，從而增加土體的流動(dòng)性。這樣就能減小倉(cāng)內(nèi)土體與刀盤(pán)及倉(cāng)壁間的摩擦力，降低刀盤(pán)扭矩。
　　3）提前拌制膨潤(rùn)土液，確保充分發(fā)酵后再使用。
　　4、修復(fù)發(fā)泡系統(tǒng)及選用優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑
　　1）利用設(shè)備維修保養(yǎng)時(shí)間，使用高壓油打通刀盤(pán)表面上堵塞的泡沫注入孔，保證8個(gè)注入孔均可用。
　　2)選用優(yōu)良的CONDAT發(fā)泡劑，保證能產(chǎn)生足量、細(xì)密、穩(wěn)定的泡沫。見(jiàn)下圖
　　
　　3）有針對(duì)性的調(diào)整泡沫系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，使之適用于全風(fēng)化地層中的掘進(jìn)。
　　五、調(diào)整后的掘進(jìn)情況
　　從以上四方面采取措施應(yīng)對(duì)后，掘進(jìn)情況明顯改善。總推力下降到800t～1200t,刀盤(pán)工作油壓下降到120bar～180Bar，速度增加到20～30mm/min，倉(cāng)頂壓力保持在1.5bar。這樣一來(lái)，易于保持倉(cāng)頂壓力的穩(wěn)定性，盾構(gòu)機(jī)的工作狀況明顯改善，不再出現(xiàn)卡刀盤(pán)的現(xiàn)象。同時(shí)，從螺旋機(jī)出來(lái)的渣土不再是燙手的塊狀硬質(zhì)擠壓體，而是易于帶出的流塑體。見(jiàn)下圖：

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