盾构穿越富水硬岩段施工技术浅析

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1、盾构穿越富水硬岩段施工技术浅析张婷王少鹏刘文豪王国强摘要随着城市轨道交通的快速发展，盾构施工以安全环保、机械化程度高、施工周期短等优势得到广泛应用。在广州、深圳等地区进行盾构施工时，经常遇到强度较高的花岗岩，掘进速度慢、刀具磨损严重，尤其在含水量较大的地展中，易发生“喷涌”现象，管片易发生错台、破损、渗漏水等质量问題，增加了施工难度，本文针对深圳地铁七号线（西丽〜西丽湖区间）的富水硬岩段施工情况，详细介紹了盾构在施工过程中遇到的问题以及处理的措施，并进行分析总结，为类似工程施工提供借鉴经验。关键词地铁盾构富水硬岩措施1工程简介深圳

2、地铁7号线西丽湖〜西丽站区间位于深圳市南山区，区间左线全长1662.07mo盾构机在设计里程力DK1+655.40〜DK1+709.60m段时穿越硬岩段，该段岩石基岩屮节理裂隙发育，揭露的屮、微风化花岗岩较力破碎。隧道埋深达26.60m。盾体水平方向上位于半径力500m的转弯段，垂直方向上位于10.80%。下坡段。2工程地质与水文该段盾构掘进掌子面地层主要力全断囬屮风化花岗岩，局部夹杂微风化岩，全长约84.00m,隧道以上覆土层由上至下依次力0.50〜0.70m素填土，5.60〜14.80m硕质黏性土、2.00—7.00m全风化花

3、岗岩、2.30—7.80m强风化花岗岩、2.40—6.20m屮风化花岗岩，地质图见图1。素缜土•图1盾构穿越地质图穿越地层的岩石特性如下:屮风化花岗岩：岩体呈碎块状，节理裂隙发育，饱和单轴抗压强度范围值为28.70〜48.80MPa,标准值为17.60MPa,为较硬岩，较破碎。微风化花岗岩：岩体呈碎块、块状、巨块状，局部节理裂隙发育，饱和单轴抗压强度为43.00MPa,标准值为81.90MPa,根据岩石抗压强度结果，本段微风化花岗岩为硬岩，岩体较完整。深圳市的气候属亚热带季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。地下水含量丰富，按

4、赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。地下水位位于隧道以上18〜21.80m处。3刀具配置本段采用a合式土压平衡盾构机进行掘进，主要依靠滚刀对岩层产生挤压、剪切、拉裂等综合作用冲击、碾压岩石，形成小块破碎体，并产生径向裂纹，其屮一般有一条或多条裂纹向刀刃两侧延伸，到达自由面或与相邻裂纹交汇形成岩石碎片，随后由刮刀将碎裂的岩体切削下来，从而达到破岩掘进的效果。图2为盾构机刀具配罝图（图中编号为滚刀编号）。图2盾构机刀具位置图盾构机在该硬岩段掘进吋，刀具配置为:4把中心双刃滚刀、31把正面单刃滚刀、52把刮刀、8把边缘刮刀、1把超挖刀。滚

5、刀刀刃距刀盘面板的高度为175mm,齿刀和刮刀刀刃距刀盘面板的高度为140mm,滚刀与齿刀层次间距为35mm,以便在硬岩地段掘进时保护齿刀和刮刀。4富水硬岩段主要施工方法简述本施工段岩石强度高，掌子面稳定，故盾钩掘进时采用半敞开式掘进。这种模式下，切削不來的渣土进入土仓后，螺旋机随即将其排出，土仓内保持少量的渣土，土仓压力较低，推力小、掘进速度快。掘进时以“高转速、低扭矩”的思想控制施工参数，土仓压力为0.20〜1.20bar掘进速度8〜20mm,推力900〜1100t,刀盘转速1.70〜2.10r/min,刀盘扭矩1.50〜2.

6、50MN.m。硬岩段掘进时，由于硬岩段不易纠偏，需要密切注意和控制盾构机的姿态，防止姿态发生过大偏离，掘进纠偏要遵循“勤纠偏、缓纠偏”的原则，杜绝大幅度的纠偏。为保证注浆效果，采取同步注浆完成后，进行二次注浆，二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，确保管片壁后注浆密实。经常对拼装管片进行变形监测检查，及时了解拼装完成的混凝土管片变形情况，保证管片成型质量。5遇到的问题及处理措施5.1刀具磨损及预防措施5.1.1刀具磨损分析在该硬岩段中掘进时，刀具磨损比较严重，共进行了四次开仓换刀，共更换25把单刃滚刀，经统计，均匀磨损刀具18把，偏磨刀

7、具5把，掉块刀具2把。分析刀具磨损主要原因：（1）盾构在软岩地层中掘进时，滚刀启动扭矩小，部分滚刀无法转动，从而导致偏磨；（2）当在上软下硬的半断面岩石中掘进时，刀具撞击力大，尤其在软土叫硬岩过渡时，造成刀具掉块；（3）由于刀具在刀盘中位置不同，靠近边缘的刀具线速度较大，而靠近中心附近的线速度较小，因此边缘刀具磨损较为严重；（4）全断而硬岩掘进时，岩层分布较为均匀，滚刀能正常转动，闪此刀具的磨损主要以均匀磨损为主；（5）部分滚刀装配密封性能较差，渣土进入轴承内，使轴承失效，造成刀具偏磨。5.1.2预防刀具磨损的措施根据刀具磨损机理

8、分析，可采取多种措施预防和减小刀具磨损，主要有：（1）严格控制掘进参数，使盾构掘进时刀具在最佳环境中运行，尤其刀盘扭矩的设定值和波动范围不宜过大，一般不大于0.5MN.m,避免发生刀阐崩裂或掉块；（2）每次刀具更换完成后，推进一环后及时检杏刀具螺栓