摘要：目前国内地铁工程采用盾构法在瓦斯地层中掘进经验较少，且无相关规范参考。本文以成都地铁18号线盾构穿越低瓦斯复合地层为例，介绍了低瓦斯复合地层施工重点，难点，提出了瓦斯防控，渣土改良，注浆控制，管线保护等关键技术的控制措施，对在瓦斯隧道掘进中的施工参数做出主动调整，保证了低瓦斯复合地层隧道安全快速贯通，可以为同类工程提供合理参考。
关键词：低瓦斯隧道；复合地层；盾构隧道
成都轨道交通18号线工程海福1号风井～海昌路站区间采用盾构法施工，盾构机采用2台中铁装备复合式土压平衡盾构机，开挖直径为8630mm。海昌路站～海福1号风井区间全长2700m，在里程DK22+714～DK22+964段（长度约为250m），穿越上部卵石，下部砂岩复合地层，隧道线路坡度为25‰的上坡。区间最大平面曲线半径3000m，最小平面曲线半径1400m，线路最大坡度25‰，最小坡度2‰。
1 工程地质特征
成都轨道交通18号线海福1号风井～海昌路站区间复合地层段隧道范围内上部地层为<3-8-3>密实卵石土，下部地层为<5-2-3>中风化砂岩，其抗剪强度为150kpa，单轴极限抗压强度为3.7Mpa，隧道埋深5～11m。
<3-8>卵石土：灰色、灰白、灰黄色。饱和。松散～密实。石质成分以灰岩、花岗岩等硬质岩为主。粒径4～20cm；卵石含量约占55～70%，余为中细砂及圆砾填充；局部夹有约4～7%漂石，粒径多为200～250mm。卵石呈圆形、亚圆形，磨圆度良好，分选性差；均匀性差。在此穿越段隧道中部及顶部分布，厚度2.6～9mm，分布标高范围：474.61～460.78m。
<5-2-3>中等风化砂岩（K2g）：紫红色、砖红色、青灰色、灰绿色，中厚层状，细粒结构（少量粉粒结构）。岩芯多呈柱状，少量呈碎块状。岩质较软，节理裂隙发育，锤击易碎，部分地段软弱夹层或差异风化明显。该层主要分布于隧道底部及腰部，埋深≥10m。
2 瓦斯概况
2.1 有毒气体
海福1号风井～海昌路站区间隧道穿越苏码头油气田，根据地勘报告，在沿线不同地段均测出有不同程度的瓦斯分布。有害气体主要有浅层天然气（CH4）、一氧化碳（CO）气体。
2.2 瓦斯等级划分
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）瓦斯等级判定标准，如当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区。根据岩土工程勘察报告，海福1号风井～海昌路站盾构区间为低瓦斯隧道。
3 盾构穿越低瓦斯复合地层施工重点、难点分析
3.1 瓦斯防控
瓦斯隧道施工总原则为：控火源，防涌出，重监测，强通风。瓦斯隧道必须贯彻“先测后进，有疑必测，不明不进”的指导方针。必须把“一通二防”（通风、防治瓦斯、防火）作为安全工作的重点，建立和落实“一通二防”管理制度，保证人员、资金和技术设备到位。
3.2 掘进参数控制
砂卵石地层自稳性差，盾构在穿越过程中，对周围土体扰动，可能造成开挖面上方渣土大量流入土仓出现超方；如何实现出渣、掘进速度、土仓压力之间的平衡点是施工难点。
3.3 渣土改良
在复合地层中，采取满仓保压掘进措施进行施工，易造成刀盘土仓内结泥饼，如何合理有效的进行渣土改良是施工难点和重点，渣土改良到位，才能保证盾构施工安全、顺利、快速。
3.4 管线保护
地表道路、管线较多，盾构掘进超方后，会导致地表塌陷和管线下沉、破裂，如何保证管线安全是复合地层施工难点。
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4 盾构穿越低瓦斯复合地层施工关键技术研究
4.1 瓦斯防控措施
区间隧道瓦斯监控检测采用以自动监测系统为主，人工检测为辅，两者相结合的形式。盾构机上主要关键位置均设置有甲烷传感器，并将数据传输至地面监控室，实现甲烷浓度实时在线监测；当甲烷浓度达到报警设定值时，系统发出声光报警，螺旋输送机闸门自动关闭，停止盾构掘进。
通风是瓦斯隧道施工的关键，为确保盾构安全掘进，盾构区间隧道施工通风方式选用压入式通风，直接从洞外风机连接到盾构机，同时为防止盾构机上局部瓦斯聚集，在盾构机上局部增设防爆风扇，吹散瓦斯。为确保隧道通风顺畅，每条隧道选用2台风机，采用1用1备的形式往隧道里送风。
4.2 刀具选型及布置
针对复合地层，在达到复合地层前进行开仓换刀，本地层段砂卵石层主要集中在开挖面上部，故选用抗冲击的光面宽刃刀具，中心正面单刃滚刀采用加强型球齿滚刀，刃宽2.5cm，以增加刀具贯入度，保证刀具使用寿命及工作效率。
4.3 渣土改良、防结泥饼措施
（1）改良方式：土仓及刀盘面板注入泡沫、水、膨润土。
①加注泡沫：单环泡沫混合液注入量13～16m³，泡沫剂采用自拌泡沫，在泡沫中添加具有聚合效果的添加剂。泡沫比例：3%～4%，泡沫发泡率：1：20，泡沫注入率：1：35。
②加注水：通过对加水系统的改良，掘进过程中，中心部位不间断加入，上部根据渣土的流塑性，间隔开启。每环加水量在15m³左右。
（2）每环在皮带输送机上取渣样，分析渣土改良效果及刀盘结泥情况。
（3）根据刀盘扭矩、推力波动情况进行渣土改良的调整。
（4）渣土改良有一定的滞后性，看到螺旋口的渣土不代表舱内的渣土性状，因此主司机要重点关注，判断舱内的渣土情况，才能更好的进行改良控制，使渣土达到预期更好的效果。
4.3 掘进参数控制
复合地层前的穿越麓山大道作为试验段，对掘进参数进行总结。根据推进速度来调整螺旋输送机转速，以达到开挖土体方量与螺旋输送机方量平衡，在确保出土量的情况下，具体可根据地质的变化作实际调整。
经过穿越麓山段试掘进，优化后穿越复合地层实际的掘进参数控制为：推进速度在20～78mm/min之间，平均每环速度为55.7mm/min，推力在1600～3700t之间平均推力2574.3t，刀盘扭矩在320～1100t.m，平均值为824.2t.m。
4.4 注浆控制
在同步注浆时，同步注浆速度和推进速度保持同步，注浆作业时，宜将压力控制在2.0～3.5bar。
二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，水泥～水玻璃双液浆浆液配合比1：1，水泥浆水灰比1：1。管片脱离盾尾后及时对管片进行二次补浆，补浆量为同步注浆量的10%～15%。
4.5保压措施
采用土压平衡模式掘进。盾构机停机过程中，观察土仓压力显示的变化情况，以寻找最佳的土压平衡点。显示的土压力比停机前增大，则下一环掘进的土压力设置为增大后的压力数值。显示的数值变小，则下一环掘进土压力可适当降低。
4.6 管线保护措施
根据管线图纸与实际勘察情况，管线在里程左线有71m范围，右线65m范围段较为集中，均为斜跨隧道上方，为保证穿越过程中，管线安全，根据管线类型及现状分析，分别采取悬吊保护、加固引排等方式对管线进行保护。
5 结束语
成都地铁18号线工程海福1号风井～海昌路站区间复合地层段历时20天，成功快速穿越。实践证明，盾构穿越上部砂卵石下部中风化砂岩地层采取的措施有效，对于同类工程，该方案具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 夏杰，徐润泽，乔书光，等．圆砾泥岩复合地层盾构掘进控制 技术探讨[J].现代城市轨道交通，2017（1）：32-35.
[2] 何祥凡，申兴柱，王帆，等．盾构隧道穿越上软下硬地层施工 力学特性分析[J].铁道标准设计，2017，61（2）：89-95.
论文作者:李宗奇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/26
标签：盾构论文; 瓦斯论文; 地层论文; 渣土论文; 隧道论文; 管线论文; 卵石论文; 《基层建设》2018年第29期论文;