試述泥水盾構掘進參數(shù)選擇及應用

1、試述泥水盾構掘進參數(shù)選擇及應用摘要：盾構技術由于自身的技術特點已經(jīng)逐漸成為地鐵建設中不可或缺的技術 方法。本文以廣州市城市軌道交通十四號線【街口站江浦站】盾構區(qū)間施工實 例為背景，試述了泥水盾構掘進的參數(shù)及應用。關鍵詞：泥水盾構；十四號線；掘進參數(shù)；氣倉壓力；1、引言目前，城市化進程日益發(fā)展、城市交通需求不斷增長，地下交通工程的建設 進度以及密度都在呈幾何級數(shù)增長。盾構施工是通過鋼構件承受周圍土層壓力， 前進開挖土壤、拼裝管片形成隧道襯砌，由不受季節(jié)、地面建筑物影響、安全高 等特點。在中國，盾構法相較于德國、日本起步晚，但近幾年發(fā)展快速，是一種 有廣闊市場的施工方法。盾構法施工隧道適用于不穩(wěn)定

2、地層和含地下水的地下結 構下施工，能夠有效的控制地表沉降和隧道沉降，不影響地面交通。它可以應用 于很松散的土質或高壓強的地層中，如砂層、巖層等。本文以廣州市城市軌道交 通十四號線【街口站江浦站】盾構區(qū)間施工實例為背景，通過盾構始發(fā)、掘進、 接收三個階段簡述盾構掘進參數(shù)技術選擇及應用。2、工程概況廣州市城市軌道交通十四號線【街口站江浦站】盾構區(qū)間包括雙線1.5公里 盾構隧道施工，由街口中間風井里程端始發(fā)至江埔車站，隧頂覆土厚度7.3m 16.0m。隧道穿越地層主要為3-1粉細砂層、3-2中粗砂層、3-3礫砂層、 4N-2可塑粉質粘土以及6H全風化花崗巖。區(qū)間由于毗鄰流溪河，地下水較為 豐富，以第

3、四系松散孔隙性潛水為主，水位較淺，埋深為0.40m11.30m，：均 埋深為2.44m，標高為-2.30m35.98m，平均標高為31.26m。該工程施工采用兩 臺全新的德國海瑞克泥水盾構機施工，刀盤開挖掌子面直徑為6.28m，襯砌采用外徑為6m的高強度鋼筋混凝土管片，由刀盤、前盾、中盾、盾尾、 拼裝機、連接橋架、一號五號后配套臺車組成。圖1廣州市地鐵十四號線【街口站江浦站】盾構區(qū)間 圖2泥水盾構工作 原理3、泥水盾構工作原理及主要參數(shù)泥水盾構機原理機制是通過氣體加壓泥漿來穩(wěn)定開挖面，開挖渣土與泥漿混 合由泥漿泵輸送至泥水分離設備，經(jīng)處理后循環(huán)使用。泥水盾構機操作分為泥漿 循環(huán)操作系統(tǒng)和掘進操

4、作系統(tǒng)，主要涉及氣泡壓力、注漿壓力、液壓千斤頂推力、 刀盤扭矩（刀盤切削土體時需要刀盤驅動系統(tǒng)提供的作用力）、掘進速度（單位 時間內(nèi)推進的長度）、鉸接行程差（決定盾構機轉彎半徑）、推進油缸行程差、 滾動角（盾體相對于預先設定水平線的轉動夾角）、掘進姿態(tài)（盾構機掘進軸線 與隧道設計軸線的相對位置和變化趨勢）等參數(shù)。4、盾構在不同階段掘進參數(shù)選擇盾構法施工大多分為始發(fā)、掘進、接收三個階段。（1）盾構始發(fā)階段主要指的是盾構下井組裝調試后，通過拼裝負環(huán)管片施加 反力在反力架上完成始發(fā)掘進，其中涉及拼裝負環(huán)管片、封堵洞門等施工工序。 盾構始發(fā)是作為盾構工程的里程碑，是萬里長征的第一步，至關重要，處理不

5、當易導致基坑大量涌砂涌水，甚至導致基坑坍塌等危險性事故。盾構始發(fā)時，反 力架承受作用反力有限，初始掘進應嚴格控制盾構機推力，一般控制在8000KN 以內(nèi)；刀盤抵達掌子面應緩慢旋轉刀盤，轉速不宜超過0.8rpm，扭矩控制在 1Mn.m以下，氣泡倉壓力控制在0.5bar0.8bar，嚴格控制掘進速度，不宜過快。 掘進中，應勤觀測洞門環(huán)板和始發(fā)托架的情況并根據(jù)情況調整參數(shù)，如此能有效 的控制盾構安全始發(fā)。（2）盾構掘進階段，以廣州市城市軌道交通十四號線【街口站江浦站】盾 構區(qū)間為背景，針對盾構機穿越長距離含水砂礫層、粘土層、上軟下硬地層以及 下穿房屋群，簡述總結的工作心得。盾構掘進穿過長距離含水砂礫

6、層，應嚴格控制盾構姿態(tài)、勻速掘進、降低刀 盤轉速，維持在1.0rpm1.3rpm左右，適當提高泥漿比重黏度，時刻專注泥水分 離設備出渣情況，防止超挖。泥水盾構在砂層掘進，推進速度較快，應在保證同 步注漿量的前提下掘進。廣州市交通軌道十四號線街口站江浦站盾構施工項目，線路兩側20米范圍 內(nèi)共有159棟民房，其中危房7棟，隧道整下穿84棟，為I級風險源。下穿房屋 范圍覆土淺，開挖面多為砂層、可塑性性粘土。房屋分布密集，多為淺基礎直接 坐落在人工素填土和砂層土上，盾構施工風險較大。除房屋提前注漿加固措施外， 比較考察盾構操作手的心理素質和技術水平。掘進時，應時刻關注氣泡倉壓力， 氣泡倉和土倉的過大波

7、動直接關系到地面房屋的穩(wěn)定性、安全性，因此氣泡倉壓 力應嚴格根據(jù)實際盾構覆土深度計算設定。當然，盾構掘進過程中氣泡倉壓力難 免會有波動，操作手需反復通過泥漿循環(huán)添加或減少泥漿調整氣泡倉壓力，保證 基本穩(wěn)定。操作手應勻速通過，保持穩(wěn)定的掘進速度和盾構機姿態(tài)，嚴禁急轉彎 急上下偏位，保證每一環(huán)管片同步注漿量。很多時候操作手往往會形成下穿房屋 群需快速通過而忽略注漿量的觀念，但實際情況易導致盾構盾殼通過后地面沉 降，應當勻速并確保足夠的注漿量，穩(wěn)重求勝。該工程在下穿房屋群時，累計沉 降10mm，遠遠低于沉降預警值，安全平穩(wěn)的穿過房屋群，獲得業(yè)主廣州地鐵的 一致表彰。圖3泥水盾構下穿房屋群圖4泥水盾構

8、穿越上軟下硬地層掘進粘土層是泥水盾構機的一大短板”，管路堵管、刀盤結泥餅、氣泡倉壓 力突變等現(xiàn)象常有發(fā)生。從泥水盾構機的設計原理上，在技術操作上很難解決這 一重難點。盾構手在掘進粘土層時，應不斷切換泥水循環(huán)沖洗系統(tǒng)，并關注泥水 泵流量和氣泡倉壓力，時刻關注氣泡倉壓力，不得絲毫大意松懈。若實際情況允 許，應降低泥漿比重和黏度，甚至采用清水循環(huán)出渣，能有效提高盾構掘進速度 和刀盤結泥餅等情況。在掘進參數(shù)方面，應適當降低氣泡倉壓力防止氣泡倉壓 力突變導致地面隆起，刀盤可視情況采用大轉速攪拌出渣或者低轉速通暢出渣。在上軟下硬地層掘進，主要體現(xiàn)在盾構姿態(tài)突變、刀具磨損、堵管等情況。 盾構手在實操過程中，

9、可通過液壓油缸推力、刀盤扭矩等參數(shù)判斷刀具磨損情況， 滿足開倉條件地層快速檢查和更換刀具。（3）盾構接收階段指盾構機破除玻璃纖維鋼洞門、掘進至接收托架上的過程， 危險性較大。常規(guī)盾構機破洞門前項目部都會采取相應的防范措施，單獨針對盾 構操作這一項，我提出自己的見解：破洞門前，操作手應提前操作泥漿循環(huán)系統(tǒng) 抽離泥漿管路泥漿，防止破洞門后過多泥漿外溢，增加清理量和清理成本。準備 破除洞門時，操作手應當提前降低液壓千斤頂總壓力，防止盾構機啟動時因前方 無阻力導致掘進速度突變。刀盤應控制在0.6rpm1.0rpm，掘進速度控制在810mm/min,其他參數(shù)試情況而定。破除洞門是較為神圣的一亥L 萬里長征的 最后一步，也同樣是危險性較大的風險源，只有當盾構順利出動操作手才可卸下 心中重擔。5、總結在盾構法隧道工程施工中，掘進參數(shù)的選擇及應用，對控制地表沉