1、.盾構(gòu)法在城市地鐵特殊地段的施工對(duì)策探討摘要：隨著城市軌道交通事業(yè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)法施工技術(shù)以其自動(dòng)化程度高、工效高、施工速度快、安全可靠性高等優(yōu)勢(shì)在在北京、上海、廣州、深圳等城市地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。但其地質(zhì)適應(yīng)性太差，施工時(shí)會(huì)面臨一些難題，本文結(jié)合工程實(shí)例探討了盾構(gòu)法在城市地鐵特殊地段的施工對(duì)策。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法；城市地鐵；特殊地段；施工對(duì)策Abstract: along with the urban rail transportation business fast development, the shield tunneling technology with its high de

2、gree of automation, high efficiency, construction speed is quick, and the safe reliability in higher advantage in Beijing, Shanghai, guangzhou, shenzhen and other cities in the construction of subway used widely. But the poor geological adaptability, construction may face some problem, this paper di

3、scussed with an engineering example of shield method in urban subway construction strategies of the special area.Keywords: shield law; Urban subway; Special area; Construction strategies中圖分類號(hào)：U455.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：目前在世界上主要有明挖法（含蓋挖法等變化形式）、新奧法（NATM）和盾構(gòu)法三大施工法以及各種輔助工法。盾構(gòu)法是現(xiàn)階段在軟弱地層中修建地鐵和交通隧道以及各種用途管道的最先進(jìn)的施工

4、方法之一。但盾構(gòu)隧道施工方法及施工參數(shù)的選擇與其它任何一種地下工程一樣，無(wú)不受制于施工環(huán)境，特別具有遇水易軟化、崩解、強(qiáng)度急劇降低的地質(zhì)特性，工程地質(zhì)條件較差。施工時(shí)會(huì)面臨一些難題，下文根據(jù)工程實(shí)例及作者的工作實(shí)踐，談?wù)劧軜?gòu)法在城市地鐵特殊地段的施工對(duì)策一、工程概況 某城市地鐵盾構(gòu)區(qū)間段掘進(jìn)過(guò)程中遇到近40 m高強(qiáng)度基巖，屬粗粒花崗巖，微風(fēng)化巖最高凸入隧道開挖限界37m，飽和狀態(tài)下最大單軸抗壓強(qiáng)度超過(guò)110 MPa，地質(zhì)斷面圖見圖1。盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)受阻，因而必須針對(duì)本工況采取必要的綜合措施進(jìn)行處理，施工過(guò)程采用地面注漿加固并輔助降水后，盾構(gòu)機(jī)直接破巖通過(guò)。 圖1二、施工技術(shù)難點(diǎn)1)始發(fā)的刀具配

5、置為滾刀 中心羊角刀，僅僅考慮了破除局部孤石的需要，且已經(jīng)掘進(jìn)了近800m，刀具的現(xiàn)狀不具備直接通過(guò)基巖區(qū)的能力，必須就地檢查更換刀具。2)現(xiàn)場(chǎng)不具備常壓開倉(cāng)或壓氣作業(yè)條件，場(chǎng)地為填海區(qū)，地質(zhì)情況特殊，微風(fēng)化花崗巖與砂層間過(guò)渡不明顯，加固地層受潮汐影響明顯，動(dòng)壓富水地層，常規(guī)加固工藝難以保證地層加固質(zhì)量。3)盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置地面為高爾夫球場(chǎng)的球臺(tái)，地面加固占地、施工物資設(shè)備進(jìn)出、人員進(jìn)出、作業(yè)時(shí)間協(xié)調(diào)困難。4)典型的上軟下硬地層掘進(jìn)參數(shù)難以控制，無(wú)法確保地面安全。 1、設(shè)備保護(hù) 1)刀盤回縮：盾構(gòu)機(jī)在硬巖段掘進(jìn)主要破巖機(jī)理在于滾刀對(duì)圍巖的碾壓破碎，掘進(jìn)過(guò)程中往往出現(xiàn)偏磨、崩裂等非正常磨損，滾刀劃

6、過(guò)的軌跡深淺不一，此時(shí)掌子面并不平整，部分刀具在實(shí)施換刀之前已嵌入巖面之中，須采取措施將刀盤回縮至少50mm，給換刀作業(yè)留出必要的空間，以避免換刀時(shí)刀具拆卸困難，以及換刀后刀盤啟動(dòng)時(shí)貫入度過(guò)大而導(dǎo)致崩刀。刀盤回縮的具體措施是：盾尾鉸接設(shè)置為放松狀態(tài)，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)使鉸接伸長(zhǎng)至120mm；在盾尾間隙內(nèi)塞人木楔子，關(guān)閉PLC，在尾盾上緊貼管片端面焊接鋼擋塊；每次放松千斤頂1020mm，正常情況下盾體在土倉(cāng)壓力下會(huì)回縮；累計(jì)回縮50mm即可，如果回縮量不足，可通過(guò)泡沫管向刀盤內(nèi)注入泡沫，增大土倉(cāng)壓力，進(jìn)行回頂。回縮過(guò)程中密切關(guān)注土倉(cāng)壓力，確保土壓平衡，避免地面塌陷。 2)盾體保護(hù)：通過(guò)前盾和中盾處球閥注

7、入聚氨酯來(lái)保護(hù)整個(gè)盾體。通過(guò)氣動(dòng)泵將聚氨酯注入盾體內(nèi)，每個(gè)孔注3桶，共l3個(gè)孔。完成后注入黃油以潤(rùn)滑盾體，并保證聚氨酯的效果。可與螺旋輸送機(jī)保護(hù)方案同時(shí)進(jìn)行。 3)主軸承密封保護(hù)：采用惰性漿液填充土倉(cāng)。采用同步注漿泵，由土預(yù)留孔注人水泥砂漿。注入過(guò)程中，由下至上打開倉(cāng)壁上各個(gè)預(yù)留孔，進(jìn)行泄壓并觀察填充情況，以保證填充效果。整個(gè)過(guò)程中通過(guò)土倉(cāng)內(nèi)土壓傳感器嚴(yán)格控制倉(cāng)內(nèi)壓力，不超過(guò)035MPa。水泥砂漿配比為水泥：膨潤(rùn)土：砂：水=400：300：700：560，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果初凝時(shí)間為14 h。 2、地層加固基巖段地層表現(xiàn)為上軟下硬，不同類別圍巖單軸抗壓強(qiáng)度相差過(guò)于懸殊，其差值在20110 MPa，巖

8、面在縱橫斷面上均存在較大的起伏。盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)時(shí)可能由于下部基巖強(qiáng)度高，掘進(jìn)效率低，長(zhǎng)時(shí)間原位轉(zhuǎn)刀盤導(dǎo)致對(duì)軟弱圍巖的過(guò)分?jǐn)_動(dòng)而失穩(wěn)，刀盤頂部地層被嚴(yán)重掏空，上部地層將會(huì)形成一個(gè)以刀盤為中心的漏斗狀塌空區(qū)，強(qiáng)行掘進(jìn)可能導(dǎo)致掘進(jìn)過(guò)程中地面連續(xù)坍塌。必須采取有效的措施對(duì)軟弱地層進(jìn)行必要的加固處理，增強(qiáng)地層本身的自穩(wěn)能力。1)微型樁配合袖閥管注漿：填海區(qū)砂層動(dòng)壓富水，地層加固過(guò)程中容易出現(xiàn)塌孔、堵管，漿液進(jìn)入地層后受動(dòng)水影響，配比變化大，擴(kuò)散無(wú)規(guī)律等。采用微型樁強(qiáng)制成樁施工注漿帷幕再在內(nèi)部區(qū)域配合進(jìn)行袖閥管注漿有效地解決了類似地層注漿加固費(fèi)工費(fèi)時(shí)的問(wèn)題，保證了加固質(zhì)量。2)洞內(nèi)水平注漿：在完成密封保護(hù)后

9、，開始實(shí)施水平注漿，注漿范圍為倉(cāng)壁4點(diǎn)、8點(diǎn)位以上10個(gè)超前注漿孔，注漿深度為8 m，確保注漿直接加固范圍達(dá)到掌子面前方3m。3、開倉(cāng)換刀1)從土倉(cāng)閘門開始，對(duì)土倉(cāng)的土體進(jìn)行清理。 2)清理刀盤正面：將土倉(cāng)內(nèi)換填的砂漿清理干凈后，由下至上開始清理切口環(huán)、刀盤開口和刀箱，然后通過(guò)刀盤開口清理基巖面土體及刀盤外輪廓周邊。清理標(biāo)準(zhǔn)為將土倉(cāng)內(nèi)整個(gè)基巖區(qū)土體全部清透，使巖面與刀盤之間留有40cm空隙。清理過(guò)程中要密切關(guān)注基巖面上刀痕情況以便確定刀具磨損情況。清理完一個(gè)區(qū)域后將拆卸的刀具及時(shí)全部裝好。 3)更換刀具：根據(jù)掌子面穩(wěn)定情況采用邊清理邊更換確保作業(yè)安全。4、盾構(gòu)機(jī)脫困1)清理土倉(cāng)：土倉(cāng)清理后放人

10、人倉(cāng)和皮帶機(jī)之間架設(shè)的溜槽上滑向皮帶機(jī)，再由皮帶機(jī)送往渣土車。2)脫困：盾構(gòu)機(jī)脫困的過(guò)程中，采取了分三步走的方式，首先保證刀盤能順利轉(zhuǎn)起來(lái)；然后通過(guò)土倉(cāng)胸壁上的預(yù)留孔及盾殼上的徑向孔注人膨潤(rùn)土，在緩轉(zhuǎn)刀盤的情況下放松鉸接，推動(dòng)中前體50 mm，繼續(xù)注入膨潤(rùn)土，回收中前體，以上過(guò)程循環(huán)往復(fù)，待推力明顯降低后可適當(dāng)增大行程(注意確保鉸接不超限)；最后是盾尾脫困，由于盾構(gòu)機(jī)鉸接油缸能夠承受的總拉力不超過(guò)10000kN，經(jīng)過(guò)計(jì)算，盾尾脫困需要的拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有鉸接油缸的承受范圍，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸自身的推力在盾尾脫困的過(guò)程中受到制約。采用在盾尾上焊接支座通過(guò)增加4臺(tái)200 t輔助油缸配合小型泵站，在管片上

11、借力，直接頂推盾尾的辦法順利的使盾尾脫困。 5、過(guò)基巖掘進(jìn)5.1 掘進(jìn)速率軟硬不均斷面掘進(jìn)時(shí)滾刀作用硬巖上的荷載要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作用于軟弱地層的荷載，而理論上承受荷載大的滾刀產(chǎn)生的掘進(jìn)速率應(yīng)該高于承受荷載小的滾刀。但是由于掌子面軟硬不均，強(qiáng)度相差過(guò)于懸殊，盾構(gòu)掘進(jìn)的機(jī)理完全不同。硬巖部分掘進(jìn)遵從滾刀破巖機(jī)理，軟弱部分速率則完全受推力影響，混合斷面的特殊構(gòu)成決定了此類地層掘進(jìn)推力的極限受硬巖控制，而扭矩的極限受軟弱部分控制。借鑒數(shù)學(xué)模型可以考慮對(duì)混合斷面的不同強(qiáng)度地層進(jìn)行簡(jiǎn)單的修正，現(xiàn)有的研究認(rèn)為：由計(jì)算或?qū)崪y(cè)得到的均勻斷面條件下的參數(shù)(主要指凈掘進(jìn)速率I或基本掘進(jìn)速率I0)是混合斷面條件下相應(yīng)參數(shù)的

12、比例強(qiáng)度因子。混合斷面中的堅(jiān)硬地層限制了總推力的大小。混合斷面條件下的II0的降低是因總推力的降低而引起的，其值是均勻斷面條件下的比例函數(shù)。5.2速率修正系數(shù)軟硬不均地層盾構(gòu)掘進(jìn)的效率與掌子面不同強(qiáng)度的各地層本身的性質(zhì)及其在掌子面所占面積比例高度相關(guān)，這在施工過(guò)程中感受是非常直觀的。混合斷面不同強(qiáng)度地層對(duì)掘進(jìn)速率的影響可由如下修正系數(shù)KAB表示 凈掘進(jìn)速率 式中，A代表堅(jiān)硬地層，B代表軟弱地層。IA為盾構(gòu)在堅(jiān)硬地層中掘進(jìn)速率；IB為盾構(gòu)在軟弱地層中掘進(jìn)速率；a為堅(jiān)硬地層在混合斷面上所占面積的百分比；b為軟弱地層在混合斷面上所占面積的百分比；AB為混合斷面；KAB 為修正系數(shù)。假設(shè)盾構(gòu)在該考察混合斷面的最佳掘進(jìn)速度是一定的并可供量化，分別取其所占面積的極限，則可得出如下結(jié)論：無(wú)論混合斷面的組成地層所占比例如何，其凈掘進(jìn)速率均小于IAO。當(dāng)混合斷面的組成地層所占比例一定時(shí) ，IA B越小； 越小，IA B越大。5.3掘進(jìn)參數(shù)的理論計(jì)算1)土倉(cāng)壓力計(jì)算：土倉(cāng)壓力的控制