成都卵石地层地铁施工引发地层塌陷原因探究

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1、成都卵石地层地铁施工引发地层塌陷原因探究摘要：针对成都独特富水砂卵石地层下盾构隧道的施工，通过分析地质条件对盾构工法带来的困难，探究了引发地层塌陷的原因，并结合施工实例提出了地面塌陷的防控和治理措施。关键词：卵石地层；盾构；地铁；地层塌陷1、概述成都市在城乡一体统筹的大背景下，也展开了地铁1号线的建设。盾构法能适应各种复杂的地质条件，对环境的影响、施工安全性、质量、T程进度等方面也具有优势，成都地铁主城区地下隧道工程的施工，最终选用了盾构法。成都地质是典型的富水砂卵石地层，卵石含量高，漂石粒径大，卵石强度高，地下水丰富，透水性好，地层条件相当独特，盾构工法的应用同样面临重重困难。成都地铁1号线

2、刚开始的掘进中，刀具的失效速度和更换频率远超预想，掘进约100〜200米即需更换一次刀具，•且多次发生地面塌陷，这给地面环境保护、工程安全、造价控制带来相当不利的影响。2、地质特点成都地铁1号线地下隧道盾构掘进主耍集中在3-7砂卵石（局部3-4粉细砂透镜体分部）这一层，底埋深约10〜25ni,该地层具有以下特点：卵石含量高：卵石土地层中卵石含量55%以上，为该地层的骨架成分;砂含量高：砂卵石中砂含量高，含量约10〜35%,呈透镜体分布;颗粒间胶结物：胶结物广泛分布于砂卵石中；漂石粒径大：区间探井揭示漂石最大粒径为350mm,天府广场揭示漂石最大粒径为550mm,含量为5〜10%,随机性分布。地

3、下水位：由于沿线车站等基坑降水作用，区内地下水位埋深约8~13m；地层透水性：卵石土地层渗透系数高达12.5〜27.4m/d,透水性强。卵石和漂石强度高：卵石和漂石单轴抗压强度达86〜98MPa。从盾构工法三个最基本的功能单元??支护、切削、排渣??来看，存在以下困难：受砂卵石土层和较大渗透率的影响，不易形成不透水塑流性的確土而不能建立土压平衡机理，或土仓压力不稳定，容易造成地表发生沉降。刀盘、刀具由于卵石致使切削的不均匀性和冲击，容易产生异常损坏;以及砂的摩擦作用，刀盘、刀具和螺旋输送机磨损都会较严重。石头粒径较人且强度高，部分较大粒径无法通过刀盘开口和排磴装置，极易造成刀盘、刀具的异常磨损

4、。隧道穿越卵石「上夹透镜体砂层或局部穿越粉砂层，均匀性差，软硬夹杂，容易造成地面沉降、超挖、偏离线路方向，该地层下纠偏相对困难。由于卵石土屮存在胶结物，对于刀盘屮心流动性较小的部位容易产生泥饼现象，并粘结限制该处滚刀的转动而偏磨，以及造成前方土体无法入仓。需要开仓对刀盘刀具进行处理，由于地下水、岩层的不稳定性，需要采取辅助手段对地层进行降水加固。地面降水措施的效果时好时坏，特别对于粉细砂和下部基岩上部卵石土两种地层，降水效果不明显。当然，该地层下盾构施工仍具备一定的优势：盾构构穿越地层主要为致密砂卵石层，胶结性能较好，围岩在降水条件下的自稳性好。卵石含量高，骨架效应较好，降水后地层损失很小。地

5、层渗透系数大，易于降水疏干地层中的含水。在降水及岩层稳定条件下可以进行常压开仓作业。横向沉降槽宽度相对较小，影响范围相对较小。3、盾构机设计理念及适应性成都地铁一期盾构掘进机均为德国海瑞克进口，其中7台为土压平衡盾构机，1台为泥水平衡盾构机。泥水平衡盾构机，在成都卵石土层中掘进，在泥水输送前需进行大量的块石破碎，很难满足推进速度的需要，基本不适应成都地层。土压平衡盾构机采用螺旋输送机出土，可输送较大粒径的石块，对成都砂卵石地质条件的适应性更好。德国海瑞克作为成熟的盾构机设计制造厂商，针对成都卵石地层,在刀盘刀具对地层适应性方面，其总体设计理念偏安全考虑，在刀盘开口率、刀具的布置、掘进效果评估上

6、都充分考虑到成都独特地层下应用盾构工法的安全性。但是，这种偏安全考虑的设计，在加强正面支护的同时，牺牲了掘进效率，导致了刀具磨损严重、换刀频繁、掘进效率低、成本高、容易引发地面塌陷等不利影响。原因在于：1）、在目前盾构配置情况下，刀盘开口率较低、螺旋输送机直径较小等也限制了卵石的入仓，同时也加大了刀盘刀具磨损。2）、从掘进看，配置的硕岩刀具组合，滚刀未能充分发挥作用，对较大粒径的卵石有部分破碎作用，而対稍小粒径的土体作用不是很明显，反而滚刀基本上属于侧面磨损失效（只是保护了刀盘受损）；其实对于大多数较小粒径的土体而言无须破碎，可直接进仓，但开口率受限，致使砂卵右在前方加剧磨损刀盘。3）、由于卵

7、石土中存在胶结物，对于刀盘中心流动性较小的部位容易产生泥饼（砂饼）现象，并粘结限制该处滚刀的转动而偏磨，以及造成前方土体无法入仓。4、地表塌陷分析海瑞克盾构机在成都卵石地层施工中显示了一定的不适应性，其中在成都地铁1号线的建设过程中，地面塌陷尤其是重大危险源，几个施工标段都不同程度发生。地表塌陷的根源在于地层的土体损失，其原因按照发生的阶段和内容可以分为：1）、渣土失去流动性，掘进怵I难，2）、刀