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摘要：通过对湾登区间隧道具体掘进实例进行细节分析，重点阐述了右线盾构刀盘局部结泥饼处理措施和出渣喷涌时处理措施两项技术经验，为土压平衡盾构机在富水砂层特殊地质条件的施工积累了经验，意义重大。
关键词：富水砂层；土压平衡；盾构机；掘进
1引言
当前我国所应用的盾构机主要为土压平衡式盾构，具有用开挖出的土体作为支撑开挖面稳定的介质这一突破性优势，但其工艺要求作为支撑介质的土体要具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点[1]。
2土压平衡盾构机掘进施工技术概述
土压平衡盾构机掘进施工技术是一种泥土加压式的盾构施工，具有稳定性高、安全性强等特点，适合含水率高的软土、软岩、硬岩中的盾构掘进，当前大规模混合地层穿越首选土压平衡盾构机掘进施工技术。具体施工过程中可以根据实际情况采取土压平衡、气压平衡以及敞开式三种模式的切换和选取，且能根据掘进速度、地层硬度进行手动/自动掘进控制，相关设备可靠性强，自动化程度高。在盾构刀盘布局与切削角度上，其刀盘结构在使用过程中能够更好的在不同的地层中更好的保证掘进的速度，而最新的同步注浆系统也能在充分保障周围的环境的同时加快工作效率，应对土体沉陷等突发情况[2]。盾构设备注入系统能够更好的进行泡沫和膨润土的施工，这样是能够更好的对渣土情况进行改良的。很多的盾构设备中也是配有空气压缩系统的，这样能够防止工作面出现渗水现象和控制地表沉降问题。
3工程简介
湾登区间隧道于佛山市佛陈公路佛陈大桥下游22.45～62.0m处下穿东平水道，为东平水道的白蛇漩。区间隧道位于河道管理范围内的桩号为YDK38+853.957～YDK39+077.840，长度223.883m，左线在ZDK38+873.820～ZDK39+097.879，长度223.883m，线路位于缓和曲线和直线上。该段东平水道河床宽约90m，丰水期（4-10月）河床100m，通航2000吨级船舶。河道左岸为佛山大堤，二级堤防，采用浆砌片石护坡，河水受潮汐影响，深度为4.5～16.2m，在100年一遇设计洪水条件下最大可能冲刷深度为3.57m。
左、右线隧道拱顶距河床底部最小距离分别为9.43m、9.03m，距离大堤最大距离分别为31.7m、31.8m。穿越段为下坡，左线纵坡为25.126‰和4.756‰，右线纵坡为25.982‰和4.467‰。湾登区间采用盾构法施工，掘进方向为从登洲站到湾华站，盾构机采用中交天和93#、94#φ6250土压平衡盾构机。
4重点操作及处理措施
4.1右线盾构刀盘局部结泥饼处理措施
右线盾构过河段的掌子面地层主要为强风化泥岩，局部为中风化泥岩，且地层粘性较大，隧道拱顶覆土为中粗砂层、淤泥质土和素填土。在盾构到达南大堤前和通过南大堤后均出现过刀盘局部结泥饼现象。
1、刀盘局部结泥饼时的施工情况
在右线盾构掘进399～425环时，施工情况异常，具体表现如下：掘进参数：总推力19000～26000KN、扭矩2200～2600KN•m、掘进速度6～15mm/min、刀盘转速1.2～1.8rpm、上部土压力210～250KPa；渣土温度：38～42℃；渣土性状：渣土为灰褐色，含水量高，不连续，粘性较大，并可以手搓成长条。
2、原因分析及处理措施
（1）原因分析：地层粘性较大，因此土仓内存土较多，同时渣土改良效果差，出土不连续，造成刀盘局部结泥饼。
（2）处理措施：①采用膨润土浆液进行渣土置换。操作方法为将膨润土浆液注入土仓内，边注入膨润土边出渣，过程中上部土压稳定在200KPa，直到出渣为膨润土为止。②出渣至土仓内存土3/5，即土仓渣土位置低于中心滚刀，然后向土仓内注入分散剂，利用分散剂的特性软化、分解粘接在刀盘上的泥饼，注入分散剂时，上部土压稳定在200KPa。分散剂注入完成后静置48小时，24小时之后可以缓慢转动刀盘。快速转动刀盘10分钟，使刀盘上的泥饼脱落。③根据地表监测情况，采用气压辅助模式掘进，土仓内存土控制在1/2，减少刀盘结泥饼的几率；渣土改良采用泥岩专用型泡沫剂进行渣土改良。④掘进过程中，不定期的进行土仓内渣土置换和在土仓内加入分散剂，减少刀盘结泥饼的几率。
4.2出渣喷涌时处理措施
由于地层渗透系数高，地下水压力大，遇到设备故障、清渣等导致停机时间长时会有地下水汇入土仓，推进过程中易出现喷涌现象。出渣过程中，渣土喷涌漏至堆盾尾，造成清理困难，停机时间长，形成恶性循环[3]。
图1现场出渣喷涌
施工过程中盾构过河段地质条件复杂，岩面起伏变化较大，上下软硬不均，同时地层含水量丰富，出渣喷涌现象时有发生（图1），过程中采取了几项措施减少了喷涌现象的发生，同时将出渣喷涌对盾构掘进的影响降到最低，具体措施如下：
（1）土仓内含水量大，主要为盾体后方来水，汇入到土仓内。针对盾尾后方来水，在脱出盾尾管片5～8环位置，每掘进5环间距施工双液浆止水环，以减少地下水通过管片背后的空隙流入土仓内的汇水通道。
（2）工序临时停机时向土仓内注入膨润土浆液，使前方掌子面形成保护泥膜，并填充基岩裂隙减少汇水通道。施工方法为地面膨润土罐常备膨润土，在工序临时停机时通过同步注浆泵向土仓内注入膨润土，注浆压力为220KPa，并温压2小时，使膨润土充分渗入地层。同时膨润土可以改良渣土性状，实现增稠、止水的效果，减少喷涌现象的发生。
（3）采用钢板和橡胶皮布将螺旋输送机出渣口下方的皮带滚轮附近实施三面包裹，在出渣喷涌的情况下，渣土倒流入盾尾的现象减小，减少了清渣施工的工作量，同时降低了临时停机时间；加大盾尾清渣和抽排水的力度，尽力减少停机时间，尽力实现连续掘进的同时减少土仓内汇水时间，避免恶性循环[4]。
（4）提高盾构机推进技术来减少喷涌现象的发生。利用螺旋输送机两道闸门开关的顺序，适当降低泡沫和气体加入量，来减小出渣喷涌现象的发生，该方法实施效果良好。
（5）地层含水量过大时，一般出渣量过大，采用20#槽钢将渣车加高，在出渣超方不大的情况下，一趟编组列车四个渣车可以满足当环掘进进尺的出渣量要求。
5结语
本次土压平衡盾构施工在湾登区间隧道中的运用，成功解决了土压平衡盾构机过富水砂层的技术难题，克服了掘进过程中引起的地面沉降、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题，为土压平衡盾构机在富水砂层特殊地质条件的施工积累了经验，意义重大。
参考文献：
[1] 吴迪.富水砂层土压平衡盾构掘进施工引起的地表沉降分析[D].沈阳建筑大学，2011.
[2] 郭海.浅谈土压平衡盾构机在富水砂层下穿风险源的施工技术[J].施工技术，2015（s1）：251-255.
[3] 张旭东.土压平衡盾构穿越富水砂层施工技术探讨[J].岩土工程学报，2009，31（9）：1445-1449.
[4] 何敏锋.土压平衡盾构机在富水砂层施工中的工艺改造[J].国防交通工程与技术，2017（2）：67-70.
论文作者:赵映锋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/9
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