浅谈极硬岩层条件下盾构施工难点及对策.pdf

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1、浅谈极硬岩层条件下盾构施工难点及对策贾(中铁二局·城通公司，摘要：深圳地铁5号线长龙站一百鸽笼站区间隧道洞身位于微风化角岩地层，采用盾构法施工。对盾构穿越极硬岩地层时所遇到的施工技术难题进行分析，通过加强工序管理、注浆管理、刀具管理，选择合理的掘进参数、同步注浆参数、二次注浆参数，配置合理的刀具，顺利解决了盾构在极硬岩层下施工时推进速度缓慢、盾构机姿态难以控制、管片容易上浮、刀具磨损严重、推进参数设置不合理等难题。关键词：盾构施工；极硬岩地层；掘进参数；刀具配置中图分类号：TU94+1文献标识码：B文

2、章编号：1672—4011(2010)0l一0097—030引言盾构法以速度快、质量好、安全性高等优点在城市地铁建设中正被广泛应用。同时，用于施工的盾构机对地质的适应性要求较高，一般是对某种地质“量身定做”，目前实际投入使用的盾构机主要是针对岩石强度低于对于100MPa的地层有效，深圳地铁5号线长百区间部分地层单轴抗压强度超过100MPa，由于考虑到过建筑物、工法的统一性等客观情况，设计为盾构法开挖，如何解决掘进速度、管片错台上浮、刀具磨损严重等问题直接关系到直接关系到项目盾构施工的成败。．1工程及地

3、质情况深圳地铁5号线长龙站一百鸽笼站区间全长约2000m，单洞双线。区间范围内上覆第四系人工堆积层(Q／4ml／)、冲洪积层(Q／4al+pl／)、坡积层(Q／3dl／)、残积层(Qel／)，下伏侏罗系中统角岩(J／2)。在勘察中未发现断层，构造稳定性较好。其中广泛分布于该区间的极硬岩为侏罗系中统角岩，青灰色，风化后成褐黄色，灰褐色，灰色等，变晶结构，块状构造，主要成分为石英、长石、黑云母等，按风化程度可分为、全风化角岩、强风化角岩、中等风化角岩和微风化角岩4个亚层，根据补充地质勘察资料，区间隧道通过

4、的最极硬岩层单轴极限抗压强度为327．5MPa。2盾构机在硬岩段施工难点及分析2．1岩石强度超过盾构机设计破岩能力该区间使用的盾构机为土压平衡盾构机，其设计破岩能力为最高150MPa，该区问盾构法施工中岩石强度达200MPa以上的隧道长度为1500m，最高达327．5MPa，完全超过了盾构机设计破岩能力。2．2推进速度缓慢，工期难以保证根据盾构机的设计破岩能力和以往经验，在岩石强度达150，MPa时，盾构机掘进速度只有1mm／min～4mm／斜’I广东深圳518000)min，十分缓慢，日掘进只有1环

5、一2环，每月最多仅能完成60环，无法满足无法满足该区间施工的洞通工期要求。2．3盾构机姿态难以控制盾构机在极硬岩层掘进时，推进过程中易发生滚动偏差，尤其是在曲线段掘进时，由于盾构机推进油缸的推力方向为线路的切线方向，对管片产生一个垂直向外的分力，加大管片偏移，使得盾构机姿态难以控制。2．4管片容易上浮按照盾构法施工规范，管片容许上浮量为100mm。盾构机极硬岩段掘进时，刀盘超挖的空隙里，由于没有及时得到外界物体的填充，刀盘与盾尾之问很容易形成通道，同步注的浆液易于流入土仓内随着渣土由螺旋输送机输出，导

6、致不能及时有效地填满管片与围岩的空隙。此时没有及时凝固的浆液以及外加地下水等液体相对管片将形成强大的浮力。例如根据浮力计算公式(F=pgv)，如果从管片底部到管片中间浆液高度为3m，管片上部无水和浆液，那么此时外界液体对每环管片的浮力为F=P浆液gv浆液=1．8×103×9．8×3．14×32X1．5=747．76×104N，远远大于管片的自重200×104N，此时很容易导致管片的上浮。上浮量甚至易于超过100mill(刀盘开挖后隧道内面与管片理论间隙为140mm)。而在软岩段时，由于管片脱离盾构机后

7、，立即受到外界的挤压，管片基本上固定在原有位置，基本上不会产生管片上浮的情况。因此防止和遏制管片上浮也是盾构机硬岩施工中的难点。2．5刀具穗损产熏在极硬岩强度普遍100MPa以上的极硬岩段掘进时，刀具磨损十分严重，经过现场分析试验，在极硬岩段刀具推力及磨损情况有如下特点：相同距离下单一位置刀具磨损量普遍高于软岩段刀具磨损量3．5mm，即使在正常磨损状态下，刀具磨损非常严重。而在硬岩段掘进与非硬岩段的掘进相的比较，硬岩段的刀具异常磨损较多，刀圈以偏磨为主。其中由于刀毂异常磨损而导致刀具偏磨占所有刀具异常

8、磨损的72．5％，这些非正常磨损现象说明现有的刀圈，刀毂等关键部位不适合我部现有地层条件。盾构机刀具制造昂贵，合理利用和减少利用刀具，是项目施工成本控制的关键点。2．6无可借鉴的推进参数土压平衡盾构机进行极硬岩层(岩石抗压强度超过150MPa)掘进，目前国内还没有相关的经验可以借鉴，推进参数无现成可借鉴。2．7推进时间过少极硬岩段施工由于刀具磨损多，为了防止刀具过度磨损，让盾构机能够正常破岩，刀具检查和更换更加频繁，平均每掘进1环的时候就要开仓检查刀具，