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摘要：以广州市轨道交通七号线某区间盾构工程中，对盾构机在穿越断裂破碎带地层时，盾构掘进施工中所遇到的难点与处理措施进行简述，以供日后同类施工参考。
关键词：断裂破碎带；地下水；盾构；同步注浆
1工程概况
广州市轨道交通七号线某区间盾构工程，自谢村站始发后往东沿汉溪大道行走，下穿105国道路基后，再下穿小山包后从汉溪大道跨线桥北侧通过，最后到达钟村站。区间沿线主要建（构）筑物为高压电塔及汉溪大道跨线桥桥桩，区间起止里程为Z（Y）DK6+486.500～Z（Y）DK8+190.500（左线短链9.874m），左线全长1694.126m，右线全长1704m。
根据谢钟区间详勘报告揭露到的断层构造迹象，在谢钟区间里程Z（Y）DK6+850～Z（Y）DK7+150之间内岩性为糜棱岩，断层附近大部分岩体破碎，并蕴含较丰富的地下水。由于断层带中岩石破碎，地下水丰富，盾构穿越断层带时易发生喷涌、掌子面坍塌等情况，对盾构施工带来一定难度。
2断层带区间地质及水文情况
2.1岩土工程特征
2.1.1强风化糜棱岩<7F>：灰绿、浅灰色，岩石矿物风化强烈，岩芯呈半岩半土状，遇水易软化、崩解。
2.1.2中风糜棱岩<8F>：灰绿、浅灰色，糜棱结构，碎裂构造，母岩为石英岩，主要矿物为石英、长石、绿泥石，裂隙稍发育，岩芯呈块状及少量短柱状，岩质较硬，锤击声脆，平均RQD值约为25。
2.1.3微风化糜棱岩<9F>：灰绿、浅灰色，糜棱结构，碎裂构造，母岩为石英岩，主要矿物为石英、长石、绿泥石，岩芯较完整，局部可见少量风化裂隙，岩芯呈短柱~长柱状，岩质坚硬，锤击声响，平均RQD值约为85。
2.2隧道围岩分级
2.3水文地质条件
根据详勘报告，在里程Z（Y）DK6+850～Z（Y）DK7+150之间揭露到的断层带，蕴含较丰富的地下水，在详勘钻孔MGZ3-XZ-24及MGZ3-XZ-53揭露到了基岩裂隙承压水，承压水头高出地面分别约1.9米和0.7米。
在详勘中揭露到的小断层发育，岩石构造裂隙发育，岩体较破碎，在详勘钻孔MGZ3-XZ-24进行抽水试验时，钻孔涌水较大。因此在隧道施工过程中，加剧了基岩裂隙连通，且该区域隧道的涌水量较大，容易出现承压水涌出、突水的现象。
3盾构机情况
本区间采用两台中铁重工生产的Φ6250土压平衡盾构机，机械性能良好，考虑到全线地质情况，刀具采用破岩能力较好的全断面单刃滚刀模式配置，刀盘形式详见图二。
图一 刀盘图
4断裂破碎带中盾构施工的难点
谢钟盾构区间右线于2015年3月22日开始进入断裂破碎带地层，7月21日驶出，历时120天通过长度为350米的断裂带。左线于2015年4月13日开始进入断裂破碎带地层掘进，6月25日驶出，历时73天通过长度为280米的断裂带。区间左右线水文地质不尽相同，但在断裂带均表现为地下水丰富，掘进过程中经常出现同样以下几个问题。
4.1刀盘结泥饼
在盾构机进入断裂破碎带后，隧道洞身顶部有部分<7Z>、<7F>地层，该地层超细颗粒含量较高，比较容易结泥饼，同时断裂带内掘进过程还出现喷涌现象。为了防止喷涌，在掘进过程中采用聚合型泡沫剂。根据多次开仓换刀对土仓内盾构开挖面的观察，土仓内约一半的空间都被泥饼所充满，尤其是刀座的空隙，搅拌棒的死角，刀盘中心部位等，所结泥饼密实坚硬，使得清除较难。特别是刀盘的中心部位形成的泥饼，造成滚刀未能自转而产生偏磨损坏，掘进速度下降，推进阻力加大，刀盘扭矩上升，以及盾构机油温与渣土温度升高，从而导致施工进度缓慢或无法掘进。
图五 左右线换刀记录
4.3盾构掘进过程中的喷涌
在断裂破碎带区域，由于该段岩石较破碎，岩石裂隙水较大，根据断层走向和位置判断该断裂带与旁边缥缈山上的缥缈水库有水力联系。并且由于基岩裂隙水发育，进入土仓的渣土不具一定的塑性，承压水与无塑性渣土容易形成螺旋机喷涌，所以在掘进时经常发生喷涌情况。一旦发生喷涌，掘进时间长，掘进一环一般需要3-8小时；且喷涌时掉落的泥巴较多，清理时间一环时间一般为3-10个小时。所以如果出现喷涌现象每天最多只能掘进1-2环。
4.4盾尾漏水、漏浆
盾构机在进入断裂破碎带之后，断裂带内地下水丰富，且具有承压性，隧道中部水压力平均在2.3-2.5bar左右，且断裂带地层中的同步注浆效果不明显，因此对盾尾渗漏造成风险较大。根据左右线从进入断裂带后的观察，盾尾经常出现漏水、漏浆情况。受盾尾渗漏影响，盾尾密封刷受损后，因地下水十分丰富，只要密封刷局部磨损，水就会趁机而入，冲走密封油脂，破坏润滑和密封性能，水中夹带着泥沙，加速密封刷的磨损。密封一旦失去作用，地下水就源源不断地进入盾构机。尤其是右线从408环开始盾尾漏浆严重，给掘进带来很大困难。
4.5管片上浮
成型隧道管片在断裂破碎带中，因大量的地下水涌入到管片与岩层之间的缝隙，会对掘进时注入管片与岩层之间的同步浆液造成稀释或流失，使浆液难以凝固或凝固时间较长，最终导致浆液失去原有的防水与固结效果，并加剧管片的上浮趋势，从而导致错台、破损。这不仅会严重影响到隧道管片的最终成型质量，更重要的是破坏了隧道的整体防水、止水构造，使成型隧道出现大量渗漏水点，影响日后的运营安全。
5施工难点的处理措施
5.1防止结泥饼的措施
5.1.1定期进行开仓检查能有效掌握地质状况和刀具的磨损情况，及时采取应对措施，对刀盘结泥饼可起到预防作用；
5.1.2将泡沫剂由聚合型改为分散型，并改造泡沫管路，使用1、5号泡沫管向刀盘中心和土仓中心打泡沫；
5.1.3膨润土系统改为单管单泵，并且将管路出口设在刀盘牛腿外侧防止中心结泥饼，利用开仓换刀的机会检查、疏通堵塞泡沫管路；
5.1.4掘进过程中采用气压模式掘进，降低土仓内渣土量，根据地层、埋深适当降低土压；并从减小推力、降低扭矩等掘进参数的优化上最大程度降低仓内渣土温度，减少结泥饼的概率。
5.2刀具磨损处理措施
5.2.1盾构机在断裂破碎带地层掘进过程，需适当降低转速和推进速度，以防止岩层软硬突变而使滚刀刀圈崩裂或刮刀、齿刀脱落；
5.2.2结合地质情况，如符合开仓条件应做到“勤开仓，多检查”，并根据掘进参数以及测量渣土温度，判断是否存在异常，如有异常时应停机检查刀具；
5.2.3根据以往硬岩施工的经验，在使用进口加厚型刀具后，每盘刀具可以掘进距离从原来的40环上升到80环，换刀次数减半，每月可以多掘进4-5天。
5.3预防喷涌处理措施
5.3.1通过注入管路转换，增加一条注入管路，向土仓内注入原液高分子聚合物，利用高分子材料大量吸收渣土中水分后由液状渣土转为塑性渣土，能有效预防喷涌；在使用高分子材料后，从每天掘进2环提升到每天掘进4环的效果；
5.3.2在盾构机通过后，向离盾尾5环后的管片采用双液浆进行二次注浆施做止水环，截断后方水流通道；
5.3.3采用土压平衡模式掘进时，降低螺旋机出土速度，保持土仓内不少于半仓土，让切削下的土体基础土仓内的水；
5.3.4根据补勘时断裂带涌水量及补给量不大的特点，在两条隧道中间每隔20-30m施做一口直径800-1000mm降水井进行辅助降水。
图六 高分子聚合物使用前和使用后的出渣情况
5.4防盾尾漏水、漏浆处理措施
5.4.1及时对盾尾密封刷添加足量的油脂，确保盾尾的密封性，防止因盾尾密封性不好造成的漏水、漏浆现象；
5.4.2及时进行止水环的施做，减少后方来水压力对盾尾密封的影响，如止水环效果不明显，可考虑适当进行管片开孔放水，进一步减少后方来水压力。
5.5防止管片上浮处理措施
5.5.1结合断裂破碎带地层地下水丰富的特点，应对同步注浆浆液的填充性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失等方面的充分考虑，调配适合的注浆浆液，以满足管片壁后的填充效果；
5.5.2由于盾构机本身没有二次注浆设备，而每次二次注浆均需停机施工，影响掘进时间；为避免二次注浆对正常掘进的影响，采取了增加6号台车用于二次注浆以控制管片上浮问题；
5.5.3针对断裂破碎带水大问题，掘进时同步注浆的同时进行同步双液注浆，同时做好施工配合比和注浆量、注浆压力控制，防止注浆损坏盾尾刷；5.5.4通过使用6#台车进行二次注浆，能较好的控制了管片壁后过来的庞大水压，间接的保证了管片的上浮与偏移。
图七 新增6#台车
6结束语
结合断裂破碎带岩石破碎且强度高、硬度大，以及地下水水压力、汇集快的特点，要成功的穿越此类地层，应在盾构穿越前做好断裂带的详细
地质补勘工作，并根据地质补勘资料充分分析地层特点，采取符合工程特点的施工技术，以及在盾构通过前应做好机械设备的检查与改造，储备足够的水泵、注浆设备、刀具等易损易坏设备。在断裂带掘进施工过程中，相应的处理措施必须落实到位，如：同步注浆、二次注浆以及刀具开仓检查等工作，只有相关措施落实到位才可使盾构机快速顺利的通过断裂带。最后，结合实际施工中所得经验，在断裂破碎带施工中应遵从“以排为主，以防为辅，防排结合，因地制宜，综合治理”的原则。
参考文献
[1]竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术.中国科学技术出版社，2006
[2]曾伟华.盾构穿越断裂带掘进施工技术[B].第26卷增刊2.隧道建设，2006
[3]建材广州地质工程勘察院.广州市轨道交通七号一期工程线谢村-钟村区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告. 建材广州地质工程勘察院，2010
论文作者:梁怡星
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/5
标签：盾构论文; 管片论文; 渣土论文; 地层论文; 注浆论文; 地下水论文; 隧道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;