摘要：本文对工程的选择及地质状况进行了简述，明确了工程区域地铁隧道盾构施工面临的问题，结合工程中的问题及成都地区地铁隧道开挖经验，提出富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施，给盾构施工经验欠缺的施工单位提供参考。
关键词：富水砂卵石；隧道盾构；处置措施
引言
地铁隧道盾构施工是地铁修建挖掘的重点环节，但在部分地区，富水砂卵石地层分布范围较大，且当地施工单位施工经验不够丰富，对该地层的处理不顺利，导致严重阻碍工程进度，甚至造成更大的损失，因此掌握富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工方法至关重要。
一、工程的选择及地质状况简介
我国成都地区的地质条件以高富水性、较高的卵石含量著称，成都地铁再1号线及2号线的建设期间就成功应用到了盾构法开展了施工建设，同时中铁十八局也在2019年建设成都地铁6号线及10号线期间攻破了富水砂卵石地层中长距离盾构施工的难关。但我国山区众多，地质条件复杂，富水砂卵石地层也呈现多样化，技术应用经验不足导致盾构施工问题仍旧存在。尤其是成都地区，完善的交通网络是成都提升发展速度的关键，因此本文以成都地区某工程为例，结合当地盾构施工的先进经验，分析地铁隧道盾构施工的问题及对策。
成都地区地铁隧道通过的地区内的地层蕴含了粉土、细沙、卵石土、卵石层、风化泥岩层、以及卵石泥岩复合层。卵石地层中的卵石含量达50%到85%之间，卵石粒的粒径大小不易从2厘米到15厘米不等，部分区域还含有粒径更大的漂石，填充物为砾石、细砂和中砂，当卵石地层富水时极不稳定，但失水之后稳定性会有所回升。
成都地区地处岷江冲积区域，结合水文地质特征，当地的地下水季节性变化特征显著，水位整体呈现西北高、东南低的特征，沿河区域地势较高，河间阶地中部低，盾构孙带范围内孔隙水和基岩层水较多，渗透系数达每日18米到22米，属于富水范畴[1]。
二、工程区域地铁隧道盾构施工面临的问题
通过对成都地区前一阶段的地铁隧道盾构开挖施工情况来看，该地区较为适宜应用泥水盾构以及土压平衡盾构两种盾构方式。无论是应用泥水盾构或是土压平衡两种盾构设备，在当前地质环境的情况之下，施工都面临诸多问题。问题一隧道在穿越粘土底层或砂卵石地层时，由于地面环境复杂，对防沉降的控制要求极高。问题二是卵石地层内盾构机开挖难度较大，卵石地层切削难度大，给掘进工作造成阻碍，同时搅拌的阻力大，卵石在进入土仓后，在搭建土压平衡盾构设备时，掘金的刀盘扭矩大，一旦到达扭矩极限，就极有可能出现刀盘被卡的问题，甚至会导致刀盘旋转跳闸。问题三，由于挖掘区域的地质条件、刀具材料导致挖掘过程中刀盘道具易出现磨损，开仓检查及换刀操作难度较大，同时会花费大量的实践，影响工程进度。问题四是部分工程挖掘区域地体层为粉质粘土，易形成泥饼，在掘进的过程中，会增大刀具旋转时的阻力，不仅会降低工程效率，同时会引发问题三种的刀盘磨损，进一步阻碍工程进度。问题五，富水砂卵石地层内渣土的改良难度较大，在施工挖掘或改良的过程种，有很大几率出现喷涌现象，除了阻碍工程进度外，还有可能对挖掘设备造成影响，带来经济损失[2]。
三、富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施
1. 富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题的应对原则
在应对富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题时，主要坚持三个原则，首先盾构在卵砾石地层的设备要能够建足土压进行挖掘，保证地层不会因施工导致坍塌，同时要坚决避免地表出现沉降。其次对刀盘开口及渣土的改良要适时适当，需要符合砂砾石、泥岩地层开展挖掘工作预防泥饼形成的要求；刀盘、刀具及螺旋输送设备要保持良好的耐磨性以及超出使用需求的强度，各个部件不易损坏，保证挖掘设备能够长时间、高效运行，减少换刀次数，才能保障工程进度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最后，在盾构掘金设备换到的过程中，要尽可能使用降水常压换到措施，降水环节要做好地层加固处理，以缓解地下水流失问题，同时有效抑制地表沉降的问题。
2.驱动扭矩提升的措施
卵石土、稍密砂卵石及中密砂卵石地层内存在不稳定性因素，盾构设备挖掘扰动时极易引发地层坍塌或地表沉降。刀盘炮狙通过冲击的方式剥除掉卵石层，刀盘切割的力矩极大，对于密度不均匀的区域而言，伴随贯入度提升，切削的扭矩也会快速上涨，这一表现在失水致密砂卵石地层表现尤为显著。在推进停止后进行测试，得出参数为，搅拌的摩擦力矩在2000kN•m到3000kN•m之间，平均的切削力矩在1500kN•m到2000kN•m之间；对渣土进行改良，改良至浆状后，土仓顶部的压力在0.5bar左右时，刀盘的扭矩可高达4000kN•m甚至更高。如果压力升高至0.7bar之上，挖掘的扭矩需要达到5000N•m之上。
成都地区以砂卵石层居多，极易产生刀盘被卡现象，因此在盾构中应应用液压驱动。主驱动应用9组液压马达作为驱动，功率为945千瓦时，额定扭矩为6650kN•m，要完成脱困，需要达8100 kN•m的扭矩，才能继续在地层中挖掘；而修阿婆在风化岩中进行发掘，需要转速保持在3.35r/min。
3.盾构出渣限制条件及出现泥饼的处置措施
为了保证螺旋输送机的顺畅运行，确保盾构能够继续在砂卵石地层挖掘，刀盘的开口尺寸制约卵石排出，因此要避免砂卵石堵塞设备。采用四辐条加强面板组成的刀盘，开口率控制在36%。刀盘的进渣通道可使用喇叭状入口，使渣土可以顺畅进入土仓，降低泥饼形成概率。刀盘大开口可以分担土仓压力，配合大扭矩可以有效避免开挖导致的坍塌；同时减少面板面积及挤压渣土的质量，降低刀盘摩擦力矩，预防严重磨损刀具；在螺旋输送机可通过范围内向土仓排放卵石，减少刀具收利，延长刀具的使用寿命。
4.刀盘刀具、输送系统防磨损措施
刀盘及刀具直接与卵石接触，所受到的摩擦力及磨损更为严重。刀盘应用四支撑，通过圆环形法兰及主轴连接，土仓中心隔板固定并安装带有中心冲刷及搅拌棒的装置，采用四辐条配合刀盘，开口率为36%，可以有效防止泥饼和堵仓问题的产生。刀具配置应用大且厚的刀圈滚刀、与滚刀同轨迹焊接撕裂刀、宽重型刮刀立体布置形式[3]。
结合成都区域的施工经验，选择轴式螺旋输送装置较为适宜，因为成都地铁卵石层均在水位线以下，部分地区有承压水。螺旋输送机内径为800毫米，可通过粒径最大为290×560毫米，盾构出土口设有2个出渣门，分开工作以环节喷涌压力。预留出的膨润土及高分子聚合物入口，可在必要时缓解螺旋机及喷渣的压力。螺旋轴上前端叶片上焊有耐磨块，在螺旋机前端可假装耐磨板，通过以上措施有效提升耐磨度。
5.渣土改良措施
渣土改良是盾构施工中的一个重点环节，尤其是对提升盾构挖掘效率、控制地面沉降有较为良好的效果。渣土改良的技术水平，决定了工程造假、工程季度。可应用4路单管单泵进行改良，可有效避免渣土堵管。在前盾及中盾种设计好壳外膨润土注入口。泡沫及膨润土的注入管道独立，可同时注入，提升渣土改良效果。
四、结语
综上，进行富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工前，需要充分掌握挖掘的基础技术，同时结合经验丰富挖掘地区的先进经验，从渣土改良、预防磨损、扭矩提升等方面，全面解决施工问题，提升施工效率，加快地质条件复杂地区的地铁建设，完善交通网络。
参考文献
[1]薛战龙.富水砂卵石地层土压平衡盾构机掘速度讨论[J].军民两用技术与产品,2018(22).
[2]曹建辉.浅谈富水砂卵石地层盾构穿越建构筑物技术[J].建筑机械化,2019(6).
[3]周建军,宋佳鹏,谭忠盛. 砂卵石地层地铁盾构盘形滚刀磨蚀性研究[J].土木工程学报,2017(S1):31-35.
论文作者:杨贵栋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/11
标签：盾构论文; 卵石论文; 地层论文; 渣土论文; 地铁论文; 成都论文; 隧道论文; 《基层建设》2019年第30期论文;