论文部分内容阅读
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
在近几年的地铁建设浪潮中，盾构机的技术也日益成熟，在隧道的开挖中，其安全性、经济性、质量和进度等方面都远远优于矿山法，特别针对广州地下水位浅，地质复杂多变等情况。
广州某个地铁项目中，工程范围包括了两站两区间，区间是采用盾构法进行掘进。经地质勘探发现，其中有一段线路隧道洞身刚好处于上软下硬的地层，此类地层影响线路的长度约为130米，由于线路设计已经确定，不能进行改动来避开这个地层，故只有研究处理方案，确保施工的安全。该盾构断面上部为淤泥，下部为泥岩、砂砾岩的上软下硬地层的地质断面，从上到下的地层分布为<1>人工填土、<2>淤泥、<8>中风化泥岩、<9>微风化泥岩，这样的地质剖面在广州地区是常见的，也是盾构施工的难点之一。经过讨论，分析此次盾构掘进施工存在的主要难点有:
（1）、盾构机在上软下硬的地层中推进过程中，姿态较难控制，容易产生“抬头”，向下纠偏难。
（2）、<9>微风化地层容易造成刀具的破损、刀盘变形。
（3）、上部淤泥，下部泥岩、砂砾岩极易造成到刀盘结成泥饼，导致掘进缓慢，加剧对地层的扰动，需开仓进行清理。
（4）、刀具和软硬不均岩面作周期性碰撞，造成刀盘振动很大，掘进速度慢，加上上部地層软弱，稳定性差，地面沉降较难控制。
针对施工中的难点和风险，采取相应的对策：
（1）、加强地质补勘，特别是对上软下硬的地层分析以及岩层分界线；对周边建（构）筑物进行详细调查和鉴定，考虑对房屋基础进行注浆加固、桩基托换等措施。
（2）、根据地质补勘报告，制定刀具更换计划，在盾构机到达这类地层前，应在具备条件的地方停机对盾构机进行全面的检修，疏通泡沫管，更换损坏的刀具，采用全断面滚刀的刀具配置。
（3）、充分利用PPS 导向系统控制盾构机的掘进方向，合理控制千斤顶的推进油压，用来控制盾构姿态“抬头”的情况。 如果盾构线路偏离设计线路，及时调整各项掘进参数，逐环、小量纠偏对盾构姿态进行调整，避免纠偏过猛引起盾构机蛇形前进，加剧刀具磨损、损坏已拼装管片和盾尾密封。
（4）、掘进过程中，严格控制掘进参数，观察参数变化，如刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度和相应的出土量、盾构机的推力等，对于参数突变应立即停机分析原因，不可盲目推进。
（5）、施工过程中使用渣土改良系统，尽量避免结泥饼。
（6）、做好监测工作，及时反馈信息，增加监测频率，根据地表沉降和监测数据，结合现场的实际情况，及时调整土仓压力和千斤顶推力等施工参数。
为了保护周边建筑物和利于盾构掘进，盾构掘进前之前曾考虑过对沿线的离盾构中心线较近或者非桩基础的建筑物进行袖阀管注浆或者旋喷桩加固，但因加固场地协调困难而使计划得不到实施，当盾构机左线掘进至142环时，地面冒出少量的泡沫且掘进速度逐渐缓慢，但该处地层不利于直接开仓换刀，为了施工安全，经会议讨论决定，继续推进到有利于开仓换刀的地层再进行换刀。掘进到164环时，推进速度只有1~2mm/min，尽管掘进时土仓压力维持在0.2Mpa左右，但由于刀盘对土层的扰动，地面出现塌陷，地面监测点最大累计沉降为377.4mm，估计是开挖断面下部坚硬的砂砾石，使刀具严重磨损，使盾构推进受阻，刀盘与刀具之间形成泥饼，刀盘在原地扰动加剧了沉降加大，从而出现塌陷，因此时的地层适合开仓换刀，故立即进行开仓作业准备。开仓换刀使用带压作业，带压开仓换刀是在保证刀盘前方周围地层和土仓满足气密性要求的条件下，利用空气压缩机将空气加压，并注入土仓，逐步置换土仓内土体，以气压代替土压，通过在土舱内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定开挖面和防止地下水渗入的目的。施工人员在气压条件下，安全地进入土仓内进行刀具检查及更换等作业。停机开仓检查发现，边缘滚刀偏磨严重，有些边缘刮刀已掉，当即进行刀具更换，共换滚刀8把，清除在刀盘和刀具之间结成的泥饼。前后历时20天，盾构恢复掘进。
此次事故的经验教训和总结：
1、当在地质补勘中发现不利于盾构掘进的地层时，应该尽量采取地层加固措施，尽最大能力做好加固场地协调工作，排除外在因素干扰施工，以减少盾构推进的风险。
2、发现掘进速度减慢，就算发现土仓压力维持在正常状态，也要从地面监测、推力、渣土等方面进行研究，看看是否出现异常，必须停机检查刀具是否有损毁，刀盘是否结泥饼等情况，决不能贸然继续推进，以免造成刀盘损坏、地面塌陷等。
3、在最初确定方案之时，考虑到淤泥层的影响，担心刀盘容易结成泥饼，因而在刀盘全断面均配置滚刀的情况下，在刀盘中心使用了两把开口率比较大的轻型齿刀，从而达到提高刀盘中心部位的开口率，尽可能的消除刀盘结泥饼的可能。但在后来的盾构掘进中发现，过于片面考虑刀盘中心开口率，忽略了隧道下部的砾岩的坚硬程度。刀具在上软下硬的岩面交接处反复经受冲击更容易脱落、损坏。
4、当盾构掘进发现异常时，对情况过于乐观，加上开仓条件的困难，未能很好的进行每一项数据的分析研究，冒险推进，没有及时开仓检查，故而使刀具刀盘受到更大的磨损，对地层产生较大影响，从而出现塌陷。
5、对地层砾岩坚硬程度认识不够，对刀具的磨损程度预估不足，未能在合理的地区提前进行更换刀具。在这样上软下硬的地层中，压气作业是进行换刀的较为有效的措施。
6、应该加大发泡剂比例，正面改良土体，降低刀具和土体的摩擦力，减少扭矩，改善土体的流动性和土仓温度，降低土仓温度有利于减少刀具的磨损和偏磨。
右线总结了左线通过上软下硬地层盾构施工经验，通过更加详细的地质补勘、刀盘刀具的合理配置、做好提前换刀的计划和安排、控制盾构掘进参数、碴土改良以及特殊的开仓换刀方法等技术措施，将上软下硬地层盾构施工的安全风险降到最低，并大大提高不良地层的盾构掘进效率，在多方共同努力下，使得右线顺利通过上软下硬的地层。
在近几年的地铁建设浪潮中，盾构机的技术也日益成熟，在隧道的开挖中，其安全性、经济性、质量和进度等方面都远远优于矿山法，特别针对广州地下水位浅，地质复杂多变等情况。
广州某个地铁项目中，工程范围包括了两站两区间，区间是采用盾构法进行掘进。经地质勘探发现，其中有一段线路隧道洞身刚好处于上软下硬的地层，此类地层影响线路的长度约为130米，由于线路设计已经确定，不能进行改动来避开这个地层，故只有研究处理方案，确保施工的安全。该盾构断面上部为淤泥，下部为泥岩、砂砾岩的上软下硬地层的地质断面，从上到下的地层分布为<1>人工填土、<2>淤泥、<8>中风化泥岩、<9>微风化泥岩，这样的地质剖面在广州地区是常见的，也是盾构施工的难点之一。经过讨论，分析此次盾构掘进施工存在的主要难点有:
（1）、盾构机在上软下硬的地层中推进过程中，姿态较难控制，容易产生“抬头”，向下纠偏难。
（2）、<9>微风化地层容易造成刀具的破损、刀盘变形。
（3）、上部淤泥，下部泥岩、砂砾岩极易造成到刀盘结成泥饼，导致掘进缓慢，加剧对地层的扰动，需开仓进行清理。
（4）、刀具和软硬不均岩面作周期性碰撞，造成刀盘振动很大，掘进速度慢，加上上部地層软弱，稳定性差，地面沉降较难控制。
针对施工中的难点和风险，采取相应的对策：
（1）、加强地质补勘，特别是对上软下硬的地层分析以及岩层分界线；对周边建（构）筑物进行详细调查和鉴定，考虑对房屋基础进行注浆加固、桩基托换等措施。
（2）、根据地质补勘报告，制定刀具更换计划，在盾构机到达这类地层前，应在具备条件的地方停机对盾构机进行全面的检修，疏通泡沫管，更换损坏的刀具，采用全断面滚刀的刀具配置。
（3）、充分利用PPS 导向系统控制盾构机的掘进方向，合理控制千斤顶的推进油压，用来控制盾构姿态“抬头”的情况。 如果盾构线路偏离设计线路，及时调整各项掘进参数，逐环、小量纠偏对盾构姿态进行调整，避免纠偏过猛引起盾构机蛇形前进，加剧刀具磨损、损坏已拼装管片和盾尾密封。
（4）、掘进过程中，严格控制掘进参数，观察参数变化，如刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度和相应的出土量、盾构机的推力等，对于参数突变应立即停机分析原因，不可盲目推进。
（5）、施工过程中使用渣土改良系统，尽量避免结泥饼。
（6）、做好监测工作，及时反馈信息，增加监测频率，根据地表沉降和监测数据，结合现场的实际情况，及时调整土仓压力和千斤顶推力等施工参数。
为了保护周边建筑物和利于盾构掘进，盾构掘进前之前曾考虑过对沿线的离盾构中心线较近或者非桩基础的建筑物进行袖阀管注浆或者旋喷桩加固，但因加固场地协调困难而使计划得不到实施，当盾构机左线掘进至142环时，地面冒出少量的泡沫且掘进速度逐渐缓慢，但该处地层不利于直接开仓换刀，为了施工安全，经会议讨论决定，继续推进到有利于开仓换刀的地层再进行换刀。掘进到164环时，推进速度只有1~2mm/min，尽管掘进时土仓压力维持在0.2Mpa左右，但由于刀盘对土层的扰动，地面出现塌陷，地面监测点最大累计沉降为377.4mm，估计是开挖断面下部坚硬的砂砾石，使刀具严重磨损，使盾构推进受阻，刀盘与刀具之间形成泥饼，刀盘在原地扰动加剧了沉降加大，从而出现塌陷，因此时的地层适合开仓换刀，故立即进行开仓作业准备。开仓换刀使用带压作业，带压开仓换刀是在保证刀盘前方周围地层和土仓满足气密性要求的条件下，利用空气压缩机将空气加压，并注入土仓，逐步置换土仓内土体，以气压代替土压，通过在土舱内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定开挖面和防止地下水渗入的目的。施工人员在气压条件下，安全地进入土仓内进行刀具检查及更换等作业。停机开仓检查发现，边缘滚刀偏磨严重，有些边缘刮刀已掉，当即进行刀具更换，共换滚刀8把，清除在刀盘和刀具之间结成的泥饼。前后历时20天，盾构恢复掘进。
此次事故的经验教训和总结：
1、当在地质补勘中发现不利于盾构掘进的地层时，应该尽量采取地层加固措施，尽最大能力做好加固场地协调工作，排除外在因素干扰施工，以减少盾构推进的风险。
2、发现掘进速度减慢，就算发现土仓压力维持在正常状态，也要从地面监测、推力、渣土等方面进行研究，看看是否出现异常，必须停机检查刀具是否有损毁，刀盘是否结泥饼等情况，决不能贸然继续推进，以免造成刀盘损坏、地面塌陷等。
3、在最初确定方案之时，考虑到淤泥层的影响，担心刀盘容易结成泥饼，因而在刀盘全断面均配置滚刀的情况下，在刀盘中心使用了两把开口率比较大的轻型齿刀，从而达到提高刀盘中心部位的开口率，尽可能的消除刀盘结泥饼的可能。但在后来的盾构掘进中发现，过于片面考虑刀盘中心开口率，忽略了隧道下部的砾岩的坚硬程度。刀具在上软下硬的岩面交接处反复经受冲击更容易脱落、损坏。
4、当盾构掘进发现异常时，对情况过于乐观，加上开仓条件的困难，未能很好的进行每一项数据的分析研究，冒险推进，没有及时开仓检查，故而使刀具刀盘受到更大的磨损，对地层产生较大影响，从而出现塌陷。
5、对地层砾岩坚硬程度认识不够，对刀具的磨损程度预估不足，未能在合理的地区提前进行更换刀具。在这样上软下硬的地层中，压气作业是进行换刀的较为有效的措施。
6、应该加大发泡剂比例，正面改良土体，降低刀具和土体的摩擦力，减少扭矩，改善土体的流动性和土仓温度，降低土仓温度有利于减少刀具的磨损和偏磨。
右线总结了左线通过上软下硬地层盾构施工经验，通过更加详细的地质补勘、刀盘刀具的合理配置、做好提前换刀的计划和安排、控制盾构掘进参数、碴土改良以及特殊的开仓换刀方法等技术措施，将上软下硬地层盾构施工的安全风险降到最低，并大大提高不良地层的盾构掘进效率，在多方共同努力下，使得右线顺利通过上软下硬的地层。