戴育昕
（广东华隧建设股份有限公司，广东，广州，510620）
【摘 要】本文通过广州九号线灰岩区隧道长距离施工遇到的岩溶区的典型困难及解决技术方案的探讨和总结，以提高盾构机在岩溶地区的施工效率，以达到良好的社会效益和经济效益。
【关键词】泥水盾构；灰岩；掘进
1．前言
本文依托广州九号线地铁【广州北站~花都广场站】土建工程针对岩溶地区开展了泥水盾构机长距离掘进技术的探讨。该技术针对岩溶地区灰岩强度高达90Mpa且岩溶发育等情况，结合泥水盾构施工特点，对泥水盾构机在岩溶区掘进策划，掘进时优化，加强地面监测并及时反馈监测信息，总结泥水盾构机在灰岩地区长距离掘进的施工技术。应用该技术顺利穿越了3km的灰岩区，完成了盾构隧道掘进任务，为以后泥水盾构机在类似地质的掘进提供了借鉴和参考。
2．灰岩区长距离施工主要存在的风险和难点：
① 隧道穿越高强度硬岩，对刀具磨损严重，且容易堵管。
② 隧道穿越富水砂层，不利沉降控制。
③ 管路及中继泵的磨损。
④ 岩溶区的地质灾害多，加强注浆和监测控制溶洞对盾构机的掘进风险。
⑤ 长距离上软下硬姿态控制困难。
3．长距离施工难点对策和现场解决措施
3.1 刀盘、刀具的稳定和合理配置
目前大多数泥水盾构机刀盘开口率都在25%左右，不满足在上部砂及粘性土、下部灰岩地层中的渣土排放需要。另外，刀盘圆周运动特性导致刀盘中心圆周运动速度低，渣土流动性差，在这类地层中易形成泥饼，因而对刀盘进行相应改进是很必要的。
① 开口率设置。由于灰岩的部分裂隙发育存在易崩裂的特性，且存在部分粘土层。针对上述不良地质的要求，盾构刀盘最大开口宽度控制在340mm以内，可以让切削下来的土渣顺利进入土仓，减小刀盘前面结泥饼的机会，且利于硬岩被切削后能从刀盘不同部位同时进入土仓。
图3-1 渣土处理系统分离的渣土
② 刀具的选用
除了常规刀具采用全断面滚刀应对硬岩外，还根据现场施工优化刀具的配置。穿越灰岩区我们也发现：铲刀在之前区间掘进过程中遇到高强度灰岩比较容易掉落的问题（图3-2）。考虑从增加边缘铲刀的装配强度方面去考虑改善边缘铲刀目前存在的缺陷。采取的方案是：除了原有的铲刀与刀座之间使用高强度螺栓连接之外，还增加铲刀与刀座的焊接连接，焊接形式为在铲刀四周与刀座接触边线进行满焊连接（图3-2），确保铲刀刀体与刀座的整体性，很好地解决了铲刀脱落问题。
图3-2 加强刮刀焊接和开仓切削轨迹图图
3.2 管路的改造
泥水盾构长距离掘进，对管路的寿命是一个大挑战，除了采用优质高强度大管外，还在施工中针对灰岩排送过程对管路的磨损进行调整。施工中发现，灰岩区掘进主要由灰岩碎块对底部管壁的磨损最为严重，采取以下措施：
①盾构机内弯头管路不易更换位置，在底部增设钢板，增加耐磨性。②线路管线：完成一个区间约（1Km），将管路旋转180°接驳。通过现场对比，调整接驳后增加排泥管的使用寿命，单使用一个周期后必须更换。
3.3 掘进操作方法和掘进参数的调整
石灰岩对刀具的磨损大，环流易堵塞，掌子面失稳引起地面的塌陷。因此掘进时采取以下措施：
①放慢推进速度，严格控制推力，防止在上软下硬地层造成刀具异常损坏。②加强盾构掘进管理，密切关注切口水压的波动，出现环流堵塞及时开采石箱进行处理。③控制泥浆粘度，即保证撑子面稳定，又确保环流畅通。④加强地面监控，进行信息化施工。
表3-1 盾构掘进推力、扭矩统计表
通过一个区间的盾构部分参数统计，推力和扭矩都在高强度下掘进，如果刀具及掘进方法失误，很可能导致盾构无法掘进。
3.4 盾构掘进岩溶发育地层
根据地质资料显示施工区内钻探见洞率为25%～60%。，可能引起盾构机姿态下沉，磕头甚至“卡壳”，对盾构机掘进产生极大的危害。
盾构机在区间掘进存在“磕头”，以及盾构机上方土洞坍塌引起地面沉陷的风险。除了常规地面岩溶处理外，针对区间溶（土）洞的存在，盾构施工主要采取以下措施：
①盾构掘进前，对已揭露的所有溶（土）洞提前进行加固。 ②采用超前钻探注浆系统，盾构机上装有超前钻机，可对隧道断面内实施超前钻探地质预报与注浆加固。通过超前注浆钻机，可将配制好的浆液注入到刀盘前方周边地层，用以提高土体强度，使开挖面保持稳定，同时避免在开挖面上产生涌水和流沙现象，有效控制地表沉降。③做好碴样分析和管理:溶洞段掌子面及围岩自稳性较差和大量涌水，掘进中密切观察出土排碴量、碴土成分和含水量等，分析判断前方地层异常，做好盾构超前钻探和双液注浆加固溶洞地层。
3.5 上软下硬姿态控制困难
在广~花区间掘进中，存在上部砂层、下部灰岩地层，地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差。因此，针对上软下硬的地层采取了以下措施纠正盾构姿态：①在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。②根据工作面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该调整程序。③蛇行纠偏时应缓慢进行，若纠偏过急蛇行反而更明显。直线推进时应取盾构当前位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后以这条线为新基准进行线形管理。曲线推进时应使盾构当前位置点与远方点的连线同设计曲线相切。④推进千斤顶油压调整不宜过快、过大，否则会造成管片局部破损甚至开裂。正确的管片选型，确保拼装质量与精度，使端面尽可能与计划掘进方向垂直。⑤盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。
4．结语：
目前在地铁施工领域，灰岩地质多变，地质灾害较多，一般优先考虑地面高架铺设，盾构在灰岩施工比较少见，长距离盾构掘进对于盾构环流的设计、刀具的保护和更换难度较大，灰岩区盾构施工技术方法不多，因此本文通过施工和管理探讨长距离灰岩掘进的一些工况和措施。通过在灰岩地区摸索和总结，应用到现场施工，确保该盾构区间顺利掘进，对类似地质条件下进行泥水盾构施工起到很好的借鉴作用。
参考文献：
[1]杨书江.盾构在硬岩及软硬不均地层施工技术研究.上海交通大学 2006
[2]李锐.硬岩地层盾构掘进技术探讨.隧道建设.2011（S2）.138-143
[3]王冬胜.泥水盾构长距离硬岩掘进泥浆管路保护技术 城市建设理论研究2011.(21)
论文作者:戴育昕
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/11
标签：盾构论文; 泥水论文; 地层论文; 铲刀论文; 岩溶论文; 刀具论文; 管路论文; 《工程建设标准化》2016年6月总第211期论文;