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1、广州地铁特殊地质土压平衡盾构施工方法 【摘 要】结合广州地区地质复合型特点,分析广州地铁3、5号线盾构掘进施工中遇到的特殊地质现象,说明重视盾构在特殊地质地段的施工是保证盾构顺利掘进的关键,重点阐述盾构在富水断裂带、石英含量高的硬岩、孤石、风化深槽、煤气层、岩溶空洞等特殊地质段采取的掘进施工方法。【关键词】广州地铁 土压平衡盾构 特殊地质 施工 掘进 1、工程概述 广州地铁3号线主线北起天河区火车东站,南至番禺区,整条线路贯穿广州市区新城市中轴线和番禺区发展轴线,线路全长28.73km,共设13座车站。3号线是实现城市总体规划、拉开城市布局、
2、加快城市向南发展的战略线路,其功能定位是加强广州与番禺区以及周边地区的交通联系。广州地铁5号线首期工程由滘口到黄埔区文园,线路全长约31km,共设23座车站,5号线是贯通广州市中心组团旧城中心区和珠江新城中央商务区、连接西部发展区和东部产业转移带的东西向轨道交通骨干线。 广州地铁3、5号线地质条件比较复杂,是盾构掘进中遇到技术难题比较多的地铁线路,其设计、施工建设所取得经验对广州地铁其他线路,甚至对国内其他城市地铁线路的选线、设计、施工有很重要的指导意义。2、特殊地质对盾构施工的影响分析 盾构在孤石和球形风化带掘进时,由于孤石是较难破
3、碎的,因此盾构在掘进中常会发生刀盘变形、刀具刀圈折断等严重现象。当盾构机掘进至岩石较破碎、富含水的断裂带时,会产生“喷涌”现象,大量的地下水、流砂从螺旋机出口喷涌出来,采用皮带机排渣难度大,对施工影响较大。盾构在微风化、中风化硬岩地层中掘进,刀具磨损消耗量大,对刀具的抗冲击、耐磨性要求高,在大推力的情况下,刀盘发生变形。盾构在瓦斯地段掘进时,主要做好瓦斯检测工作,防止出现人员中毒和爆炸事件。 盾构在岩溶空洞地段掘进施工时,由于溶洞与盾构隧道关系的不同,对盾构掘进中的影响也是不一样的,有时候会影响到盾构姿态的控制,甚至会使得盾构机陷入到溶洞里,
4、后果十分严重。盾构在风化深槽中掘进施工时,由于存在上软下硬地层,有时候会影响到盾构的姿态控制,使得成型隧道中心轴线严重偏离设计中线。因此,重视盾构在特殊地质地段的施工,是保证盾构顺利掘进的关键。3、盾构在特殊地质段施工的措施3.1富水断裂带地段 在富水断裂地段的施工过程中,如何把从螺旋机口喷涌出来的泥砂接入到渣土车中显得很关键,大量泥砂在皮带机上打滑无法运输,这是影响盾构施工的最大问题。 富水断裂带处盾构掘进施工时采用在盾构掘进中快速通过断裂带,并对螺旋机进行一定的改造。 (1)使用保压泵。保压泵被安装在螺旋机的出口处,可保持
5、螺旋机的压力。可防止螺旋机门一打开就发生如图1的喷涌现象,避免了泥砂涌入隧道;在安装保压泵的过程中,要拆除皮带机,在使用上存在着一些麻烦。 (2)在螺旋机出口连接管道或凹槽,从螺旋机喷涌出来的流砂、水可直接引入渣土车中,该方法简单实用。3.2硬岩地段盾构掘进 盾构在硬岩段掘进时,首先要选择好掘进模式,土压平衡盾构掘进时,掘进模式主要有以下3种。 (1)土压平衡模式下掘进。给刀盘提供推进力容易,但是土仓中渣土对刀具的磨损比较大,甚至会造成滚刀偏磨。 (2)欠土压模式掘进。一方面能够减小刀具的磨损,同时更易给刀盘提供顶推力
6、。 (3)空仓推进。盾构在空仓情况掘进主要能够降低刀盘、刀具的磨损,滚刀在转动中所受磨阻力小,但在空仓掘进时,推进力不易加载。 在一般情况下,建议采用半仓欠土压模式掘进,既可以减小刀具的磨损,又能较为容易地施加推进力。硬岩段盾构掘进除选择好掘进模式外,重视刀具管理和泡沫系统科学合理的使用尤为关键(见图2)。3.3含煤气层地段 在广州地铁3号线某区间盾构掘进过程中,遇到了含煤地层地段,此类地层容易产生甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)、硫化氢(H2S)等有害气体。盾构在含煤地层掘进时(见图3),需主要防止爆炸事故,要
7、不断向掌子面喷射泡沫和水的混合体,防止掘进中刀盘高速转动与岩石碰撞起火花发生爆炸等危险,可采取以下措施。 (1)对井下盾构相关的设备进行防爆改造。隧道内严禁明火,不得带入易燃物品,严禁穿化纤衣服进洞。 (2)在施工操作时,要防止碰撞和磨擦产生火花,盾构隧道内增配灭火器、防毒面具等安全防护装备;使用自动检测警报仪加强对瓦斯的检测,加强隧道内通风,并确保风流稳定,避免有害气体集聚产生危险。 (3)盾构人员作业区局部采用射流通风机加强通风。3.4空洞地段3.4.1空洞形成的原因 在城市地铁修建中,盾构掘进中有时候会遇到空洞,
8、空洞形成的原因一般归纳为水蚀、风蚀作用形成、人为活动形成。 一般溶洞与盾构隧道的断面关系为:空洞断面
