软弱地质条件下盾构施工技术研究.docx

软弱地质条件下盾构施工技术研究1、研究背景随着中国经济的快速增长、城市人口数量迅速膨胀，机动车辆的数量呈级数比例增长，原有的市政道路难以满足交通的需要，为缓解城市交通压力、创造良好的生活和投资环境，国内各主要城市均选择修建地铁工程来提升城市形象和投资环境。隧道是地铁工程最主要的组成部分，隧道盾构法施工具有施工速度快、工期短、洞体工程质量易控制、质量比较稳定且良好的防渗水性能、施工安全系数高、对周边建筑物影响极小、基本不影响地面交通、适合地层范围广、地质情况复杂的施工作业环境等优点。随着我国各大城市地铁建设热情的高涨，隧道盾构施工方法必将在地铁建设中被广泛推广应用。盾构施工虽然有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点，但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性，在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。福州地铁穿越的地层主要为砂卵石地层并夹杂有粉细砂层透镜体，地下水丰富、水位高、补给迅速，国内、国际在该种地质条件下全面实施盾构施工隧道尚不多见，无较多经验可以借鉴，在地铁建设史上的应是一次重要技术性突破。截至目前福州地铁08合同段土压平衡盾构施作的隧道已经完成成型隧道4000余米，在施工中出现一些有别于其它软弱地质情况下施工的难点，对这些难点的技术处理为在富水砂卵石地层中盾构施工积累了一些应对的经验。2、工程概况 福州市轨道交通1号线08标段三叉街站～白湖亭站区间盾构隧道里程为SK16+766~SK17+849，区间上行线总长995.066m、下行线长总994.233m；在里程SK16+183.362处设联络通道及泵站一座。三叉街站～白湖亭站区间左、右线线路均自白湖亭站北端头井出站后，沿则徐大道一路向北，在下穿濂浦河、规划跃进河、规划道路后，至三叉街站南端头井。则徐大道道路现状宽约35m，为城市主干道，两侧主要为居民住宅小区，北端主要为莱茵城、三叉街新村，中部为城南新村等，南端主要东方花园，好又多超市等。区间隧道通过及影响范围内地层中(3)1淤泥、(5)1淤泥质土夹细砂、(5)3淤泥质土为软土，流塑，易产生蠕动变形；(4)粉质黏土、(7)粉质粘土，可塑，为硬土层，性质较好；(4)j中砂、(5)2细砂夹淤泥，为饱和砂土，松软，富含承压水，易产生涌水、涌砂，极易坍塌变形。由于盾构推进时所遇地层引发的问题主要有：（1）(3)1层淤泥、(5)1淤泥质土、(5)3淤泥质土夹细砂含水量高，孔隙比大，渗透性差，呈流塑状，且具有压缩性高，强度低等工程力学性质特点。在外力作用下易扰动且强度降低，盾构掘进中不仅保持土压平衡极为困难，而且往往会出现前期沉降及盾构通过后沉降长期不收敛。（2）砂性土(4)j中砂、(5)2细砂夹淤泥，富含承压水，在水力作用下极易产生流砂、坍塌等现象，导致掘进面不稳定，对隧道盾构的施工产生较大的不利影响，尤其应注意砂土层突发性的涌水和流砂会引起地面沉降，严重时会随着地层空洞的扩大引起地面的突然坍塌。（3）盾构掘进全断面地层存在上下或左右软硬不同的特征，掘进断面软硬不均，易导致盾构掘进偏离中心线，施工时应以注意，随时保持盾构的稳定性。福州地铁通过的地层具有稳定性差、透气性大、地下水丰富、水位高、水压大等特点。在穿越软弱地层时还可采取地面注浆加固地层、旋喷桩或挖孔桩加固掌子面及土体改良等方法。3、复杂地质条件下盾构掘进施工 　盾构在硬岩地层、软硬不均地层中的掘进，既是一个施工控制的重点，同时也是一个施工上的技术难点。加上所掘进硬岩强度高、软弱岩层遇水极易崩解、且地层层间水丰富的特点，使得掘进施工难度倍增。本区段施工要求高，提前做好机械设备、技术支持等施工准备工作，认真分析地质条件为长距离掘进高强度硬岩段间杂软弱岩层段打好坚实的基础；施工过程中准备的判断碴样，经过碴样试验、分析，结合详勘、补勘资料确定所掘进的地层，以采取相应的措施。 3.1配置合适的刀盘 　根据区间地质状况，针对区间硬岩地层，刀盘配备以破岩能力为主的重型滚刀。 3.1.2滚刀设置 　盾构机采用滚刀进行破岩，其破岩形式属于滚压破碎岩石。滚压破碎岩是一种破碎量大、速度快的机械破岩方法，其特点是靠工具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。如图1所示是滚刀滚压破碎的示意图，轴力P使滚刀压入岩石，滚动力矩M使滚刀滚压岩石，两者的共同作用使滚刀随着刀盘的转动和自身的旋转而在开挖面上压切产生沟槽，每一个刀刃在岩石上压切出一条沟槽。在向沟槽施加压力时，刀刃与岩体间产生侧向剪切力，如果产生的剪切力高到足以使槽间岩石破碎时，由于岩石具有的脆性，槽间的岩石就形成碎块而掉落。 一般情况下在滚压破碎中推力是主要的参数，因为它决定了扭矩（滚动力）以及其它参数；但是在决定滚压破碎的功率中扭矩是最主要的参数，因为它占破碎功的绝大部分。 3.2掘进模式 　硬岩段→敞开式掘