重庆地铁复合地层盾构掘进施工技术

　　摘要：本文概要介绍了重庆地铁复合地层盾构掘进施工技术及施工工序。通过对方案的具体实施以及对施工时一系列过程的阐述。让读者对重庆地区复合地层盾构施工技术有一定的了解，对从事重庆地区盾构施工的技术人员有一定的参考作用。

　　关键词：复合地层,盾构,掘进,施工技术

　　1.工程概况

　　1.1工程范围

　　本工程共分2个区间，即茶园站～邱家湾站区间和邱家湾站～长生桥站区间。分为左右线施工，其中设有茶园站后盾构始发井及矿山法暗挖段隧道始发段和黑沟桥明挖段，其余为盾构隧道，区间总长度为4964.688m单线延米，其中盾构区间长4455.688单线延米，矿山法暗挖隧道长312单线延米，黑沟桥明挖段隧道长197单线延米，竖井4座，盾构端头加固工程12个，联络通道9座。

　　1.2盾构区间设计概况

　　本工程段线路共有2组平面曲线，茶园站～邱家湾站区间有1组，曲线半径为3000m;邱家湾站～长生桥站区间有1组，曲线半径为600m，区间左右线间距10～13m。

　　盾构从茶园站后矿山法区间隧道始发向大里程方向推进，线路纵断面为单面坡(下坡)，茶园站～邱家湾站区间最大坡度28‰，最小坡度2.0‰，隧道顶部覆土厚度6～14m。邱家湾站～长生桥站区间线路最大坡度为22.1‰，最小坡度2.0‰，隧道顶部覆土厚度12～22m。

　　隧道为圆形断面隧道, 盾构机掘进断面6.28m, 采用单层预制混凝土管片衬砌,盾构隧道衬砌管片外径6.0米，厚0.3米，环宽1.5米，采用3+2+1管片错缝拼装，转弯环管片楔形量为38毫米,防水采用遇水膨胀型止水条。

　　管片采用钢筋混凝土预制管片, 采用模具成型。混凝土强度为C50、抗渗等级为S12。管片端面外侧设有高弹性止水条, 管片之间连接采用螺栓联结。每环纵向10根，环向12根。管片外侧空隙厚度140mm，采用砂浆充填。

　　1.3水文地质条件

　　本标段区间隧道所穿过的地层起伏大, 围岩变化多, 岩层多为砂岩及砂质泥岩交互。按业主提供的岩土工程勘察报告统计, 隧道穿越的各类岩层情况为: Ⅲ类围岩657m, Ⅳ类围岩1275m, Ⅴ类围岩1228m, Ⅵ类围岩1186m,回填土类617。根据招标设计及补充地质勘察资料, 区间隧道通过的最硬岩层单轴极限抗压强度为77.3MPa。

　　2.复合地层盾构掘进

　　盾构在软硬不均地段的掘进：

　　2.1盾构在软硬不均地段施工情况简介

　　本工程掘进所经过岩层主要以砂岩、砂质泥岩为主，局部存在素填土。盾构在软硬不均地段施工时，由于抗压强度变化范围较大，裂隙较为发育，因此容易造成刀盘刀具的非正常损坏，也会导致盾构掘进时姿态变化较大，所以在此类地层掘进时避免刀具的非正常损坏和保持盾构姿态正确为施工的重点。采用手动模式操纵比较合适，主要通过控制推进速度的大小来限定推力和扭矩的最大值为控制原则，以此确保正常推进作业。

　　2.2主要施工措施

　　1)地质调查

　　在施工前进行了详细的补充地质勘探，基本查明了隧道范围内的地质情况：

　　① 软硬不均地段的硬岩分布位置和占开挖面积，软土的类别和相应参数;

　　② 硬岩的侵入隧道的高度和走势;

　　③ 硬岩的风化状况、裂隙发育情况、强度和整体性;

　　④ 是否有其它硬质夹杂体存在;

　　⑤ 软硬不均地段的上方覆土类别。

　　2)刀具的选择

　　① 针对地层软硬不均的情况，特别是硬岩分布的位置，结合各种刀具的破岩特点，在刀盘面板上装配不同的刀具。

　　② 为防止在粘性较大软岩中掘进时形成泥饼，即使在硬岩部位安装的滚刀中也应安装适当数量的齿刀或切刀，以利于渣土及时顺利地流入土仓中。考虑到在硬岩掘进时破碎下来的岩石可能撞坏切刀、刮刀，在刀具的布置上作了以下的考虑：把切刀、刮刀背向布置，并拉近两刮刀、切刀之间的距离，在硬岩双向掘进时能够对切刀和刮刀有一定的保护作用。

　　③ 在软硬不均地层掘进时，硬岩部位安装滚刀。盾构采用滚刀进行破岩，其破岩形式属于滚压破碎岩石。滚压破碎岩是一种破碎量大、速度快的机械破岩方法，其特点是靠工具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。针对于硬岩的强度和整体性、掘进距离、含砂量等特点，确定需要安装滚刀的位置、超前量、数量、类型。根据有关资料的介绍，滚刀超前量在120～180mm为宜。

　　④ 滚刀的刀圈和刀座的材质以及其连接的形式、工艺、轻紧配合程度等是滚刀能否胜任掘进软硬不均的关键。应根据硬岩分布的位置、所占刀盘的面积、岩石强度和整体性等慎重考虑和选择。为防止硬石块卡在双刃滚刀两个刀刃之间，使滚刀不能正常工作或偏磨，应正常选择双刃之间的间距和刀刃的形状。

　　3)掘进参数的选择

　　① 掘进推力一般不超过1000～1500t。

　　② 在软硬不均地层中掘进时，刀盘转速不能快，最好是慢慢匀速的向前磨。根据经验，刀盘转速在1.3～1.9rpm为宜。

　　③ 碴土管理

　　A 在软硬不均地层中，土仓压力应根据软土的埋深和相关物理参数等决定施工中应保持的土仓压力。

　　但在软硬不均地段中掘进时，掘进速度较慢扭矩较大，保持真正的压平衡比较困难，可以采取气压平衡模式掘进。

　　B 一般每环出碴量不能大于5车(≤65m3)。

　　C 结合软硬不均的特点，掘进过程中加强碴土改良;当岩碴和易性较差，影响螺旋输送机出土时，可用盾构上配置的泥土注入设备向土仓中注泥土，改善岩碴的和易性。

　　④ 在软硬不均地段施工时，及时根据ZED测量系统的测量成果，确定盾构姿态的变化量，并根据姿态的变化情况调节五组油缸的推力，保证盾构尽量拟合设计线路掘进。

　　⑤ 在施工中做好对地表建筑物的监测工作，并及时反馈测量成果到掘进作业班组，调整掘进参数到合理值，做到合理化施工。

　　4)同步注浆

　　软硬不均地段掘进速度一般非常慢，同步注浆带来了困难。会因不及时的进行同步注浆造成地表沉降不易控制。注浆采用凝结速度快、结石率高的浆液。同时注浆量不少于6m3。在坚持同步注浆的同时，根据需要及时的对脱出盾尾的管片进行补强注双液浆，防止管片上浮。

　　2.3盾构在断层地带的掘进施工措施

　　盾构掘进过程中可能遇到断层破碎带，在断层破碎带处施工采取的措施如下：

　　⑴在掘进过程中尽可能采用“小推力、低速度、小扭矩”的土压平衡模式掘进，最大程度地减小对断层地带的影响;

　　⑵做好断层破碎带的位置预测，在到达前进行管片后补充注浆，掘进过程中做好同步注浆作业，选择快凝性的浆液;

　　⑶做好断层破碎带处的防喷涌工作，必要时向土仓和螺旋输送机内注入膨润土形成土塞，改良碴土;

　　⑷掘进过程中，安排专人对掘进参数和地层变化加强观测和记录。

　　盾构在可能含瓦斯地段的掘进施工措施：

　　⑴盾构配置气体监测装置，时刻监测隧洞内的可燃气体，达标时报警，禁止明火，加强通风;

　　⑵盾构上由于设备多，易出现通风不畅情况，利用盾构上的二次通风机并在必要时安排局部扇风机进行通风，确保在有瓦斯溢出时可及时稀释。

　　⑶若需带压进仓检查，避开可能含瓦斯地层段，无法避开时，打开仓门前洞内禁止明火，打开仓门后及时进行可燃气体检测，并根据检测结果，需要时加强隧洞和局部通风。

　　3.结论与建议

　　⑴重庆地区的盾构隧道与水工盾构隧道、公路盾构隧道比具有较多的特殊性，尤其是软弱地段的盾构隧道掘进技术尤为重要。结合重庆轨道交通盾构隧道的掘进问题，隧道管片的手孔封堵与管片局部缺陷修补应当进一步研究。

　　⑵在硬岩段掘进过程中监测刀具磨损特别是边滚刀的磨损尤其重要，根据重庆地区施工经验，边滚到切削岩体轮廓线仅比盾体放大1.5cm，如果刀具磨损后未能及时更换刀具，将在岩体中发生卡盾的现象。

　　⑶复合地层中泥岩含量较多且黏粉粒含量高的岩石地层同样会发生“泥饼”现象，相对于硬岩或软土地层盾构来讲，此种情况更难处理，因此在盾构设计中应采取针对性措施，确保刀盘、刀具的正常工作，特别是在上软下硬地层中，该矛盾更为突出。