摘要：根据大直径盾构长距离低瓦斯隧道泥岩地层施工，通过在盾构机台车内加设气体检测仪，加强隧道通风，改进盾构机泡沫管路布置，研究合理的掘进参数，增设同步砂浆增稠设备，解决大直径盾构长距离低瓦斯隧道泥岩地层施中工的瓦斯危害、长距离隧道通风难、刀盘易结泥饼、成型隧道质量难控制等难题。
关键词：大直径盾构；长距离低瓦斯隧道；泥岩地层；气体检测；泡沫管路布置；泥饼；同步砂浆增稠设备
1 工程概况
1.1 概况
成都轨道交通18号线土建4标段项目位于龙泉山脉以西，合江镇镇区东北面，太和路西侧，区间右线盾构全长4498.4m，左线盾构全长4505.4m。线路出兴隆站后，由西向偏东方向沿规划路敷设，沿线依次下穿红星路南延线、35KV兴平路高压铁塔基础、鹿溪河桥、威青线燃气管线、成自泸高速等建（构）筑物。区间位于苏码头油气田与三大湾油气田交接部位，影响程度为天然气危害低区，为低瓦斯盾构掘进区间。
区间隧道最小纵坡坡度为2‰，最大纵坡坡度为28‰。线路最大隧顶埋深约45.2m，最小隧顶埋深约9.3m，最小平面曲线半径1200m。本区间隧道主要穿越<5-1-3>中等化泥岩，占95.59%，局部穿越<5-2-3>强风化泥岩，占4.31%。
1.2 隧道衬砌形式
隧道内径7500mm，隧道外径8300mm，管片厚度400mm，管片宽度1800mm。采用圆形装配式钢筋混凝土管片单层衬砌，其砼强度等级不小于C50、抗渗等级不低于P12。每环管片采用7块方案，由1块封顶块管片、4块标准块管片与2块邻接块管片组成。设计采用了左、右转弯楔形环，通过与标准环的组合来达到满足曲线地段线路拟合及施工纠偏的需要。楔形环楔形量40mm，为双面楔形式，衬砌环采用纵向螺栓19根、环缝螺栓14根连接。
1.3 盾构机改进
通过线路水文地质勘探，并与盾构机厂家沟通，针对长距离泥岩地层的特性，对刀盘耐磨性能进行加强，将刀盘开口率改到37%，设置9路泡沫管路，3路水管以及1路土仓加水，并采用单管单泵形式布置管路。
1.4 瓦斯隧道检测
盾构机内安装3个固定式瓦斯检测仪器，分别安装于螺旋机出土口、人仓门口、皮带机卸料口，可以实现隧道瓦斯浓度的实时测量就地显示和超限声光报警等功能，并且能够连续自动地将隧道瓦斯浓度转换成标准电信号输送给主机室内，以达到检测目的。
1.5 同步浆液增稠设备
盾构机连接桥增设同步浆液增稠剂设备，增稠剂与同步注浆混合进盾尾，保证管片出盾尾的初期稳定性；二次注浆频率控制，以及六号台车增设的二次补浆设备，针对管片壁后注浆不饱满处进行补浆，确保成型隧道的稳定。
2 施工过程控制
步骤一
通过线路水文地质勘探，并与盾构机厂家沟通，针对长距离泥岩地层的特性，对刀盘耐磨性能进行加强，将刀盘开口率改到37%，设置9路泡沫管路，3路水管以及1路土仓加水，并采用单管单泵形式布置管路。
步骤二
编制专项施工方案，解析大直径盾构长距离低瓦斯泥岩地层掘进技术重难点，指导技术人员施工过程中措施控制，提高技术人员技术水平和管理水平。同时培养一批建业瓦检人员，对低瓦斯隧道进行瓦斯检测工作。
步骤三
优化始发场地布置，左右线各配备两台50t龙门吊，场地内可预存40环管片，单侧渣坑可存储1600m3渣土，各类材料存储及设备均满足施工要求。
步骤四
为保证低瓦斯隧道通风安全，采取主通风以及局部通风同步工作的方式，在隧道洞口采用轴流风机压入新鲜风，在盾构机台车上部安装防爆射流风机，增加局部风速，降低瓦斯汇集概率。防止瓦斯气体在局部区域汇集，需在容易形成瓦斯汇集的区域增加防爆风机，增加局部风速，减少瓦斯汇集概率，局部通风设计如下：
盾体内，在上平台左右两侧各增加一台2.2kW的风机，风量3.2m3/s；对准盾体上部容易汇集瓦斯的区域吹风，加速盾体内空气对流。
在连接桥上部增加一台15kW的射流风机，风机出口速度为39m/s，有效距离约为91.26m。风机向盾构拖车尾部方向吹风，防止瓦斯气体在隧道顶部形成瓦斯带。
在4#拖车顶部增加一台15kW的射流风机，风机出口速度为39m/s，有效距离约为91.26m。风机向盾构拖车尾部方向吹风，防止瓦斯气体在隧道顶部形成瓦斯带。所有风机均为普通风机，电压400V。
掘进过程每班安排一位瓦检人员，对隧道各个区域每隔2小时进行实时一次检测。
步骤五
通过研究泥岩地层大直径盾构推力、刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度等参数，总结出合理的掘进各项参数，降低刀具磨损以及刀盘结泥饼率，提高掘进速度。
表2-1 掘进参数控制表
土仓压力（上土压） 0.6～1.2bar
总推力 800t~1400t
掘进速度 30~50mm/min
刀盘转速 1.5～2.0rpm
刀盘扭矩 300～500t.m
泡沫比例 2～3%
在实际掘进时，盾构机姿态应根据实测管片姿态实时调整，确保盾构机轴线与管片中心线同心，并符合设计线路轴线偏差及成型隧道质量要求。遇到姿态与隧道线路有偏差的情况，不能纠偏过快，按勤纠、缓纠的原则进行。纠偏时每一环的纠偏量控制在±5mm以内。
步骤六
同步注浆量控制在10m3以上，注浆压力控制在1.5～2.5bar，注浆压量与注浆压力双控。根据泥岩地层管片的上浮规律选择注浆点位和注入量。注浆点位以上部1点和6点为主，中间2点和5点为辅，下部3点和4点少量注浆。
同步注浆过程同时加注增稠剂，缩短同步浆液初凝时间，保证成型隧道快速稳定。
表2-2 同步注浆材料配比表
其
步骤九
六号台车增设的二次补浆设备，针对管片壁后注浆不饱满处进行补浆，确保成型隧道的稳定。
3 结论
（1）通过加强刀盘耐磨性能，将刀盘开口率改到37%，大幅度增强了刀盘耐磨耐久性，同时大开口率保证了出土的顺畅，极大地降低了泥岩地层刀盘结饼率；
（2）设置9路泡沫管路，3路水管以及1路土仓加水，并采用单管单泵形式布置管路，为渣土改良提供充足的泡沫剂和水，显著提高了渣土的流塑性，同时降低了刀具的磨损率；
（3）通过连接桥位置增设的增稠剂设备，增稠剂与同步注浆混合进盾尾，保证管片出盾尾的初期稳定性，降低管片上浮导致的错台、破损、渗漏水，显著提高了成型隧道的合格率。
（4）通过盾构机台车上配置气体检测仪，并安排瓦检人员的定期气体检测，同时井口设置轴流风机以及台车上安装射流风机，隧道回风速＞5m/s，降低了瓦斯集聚，保证了低瓦斯隧道施工安全、快速顺利地掘进。
（5）掘进中不断优化掘进施工参数，各参数控制为：推进速度30～50mm/min，推力800～1400t，刀盘转速1.5～2.0rpm，扭矩3000～5000 KN·m，渣土改良泡沫混合液中原液的比例为2.0%～3.0%，单根泡沫流量450~500ml/min，刀盘加水15 m3～20m3/环，土仓加水15m3 ～20m3/环，土仓适当加水辅助渣土改良，达到盾构刀盘不结 “泥饼”，出渣顺畅。
总结得出结论，通过一系列措施，大直径盾构长距离低瓦斯隧道泥岩地层施工安全质量得到了有效保证，加快了施工进度，减少了物资、设备、施工人员的投入，大大降低了成本，取得了较大的经济效益和社会效益。
论文作者:徐孝攀
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/21
标签：盾构论文; 瓦斯论文; 隧道论文; 管片论文; 泥岩论文; 地层论文; 风机论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;