軟土地區(qū)面板式盾構(gòu)在硬粘土中施工技術(shù)

□文/趙則超

軟土地區(qū)面板式盾構(gòu)在硬粘土中施工技術(shù)

□文/趙則超

天津地鐵2號(hào)線建國(guó)道—天津站區(qū)間盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)上軟下硬，夾雜著淤泥質(zhì)土和硬粘性75細(xì)砂土，盾構(gòu)穿越75細(xì)砂土過程中刀盤前方有結(jié)泥餅趨勢(shì)，給盾構(gòu)施工造成極大障礙，經(jīng)過研究調(diào)整了盾構(gòu)施工參數(shù)、制定了相應(yīng)措施，順利通過了75細(xì)砂土。

盾構(gòu)；面板；粘土；泥餅；軟土

1　工程概況

天津地鐵2號(hào)線建國(guó)道站—天津站區(qū)間，隧道外徑6.2 m，隧道內(nèi)徑為5.5 m，采用φ6.41 m土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。盾構(gòu)開挖深度范圍內(nèi)主要地層為第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層的粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土及粉土。淤泥質(zhì)土天然含水量36.8%～59.5%，呈流塑狀；粉質(zhì)粘土天然含水量22.4%～54.7%?？紫侗?.602～1.417，呈流塑～可塑狀；粉土孔隙比0.564～0.915，攪拌后具備一定的流動(dòng)性和抗?jié)B透性。

盾構(gòu)掘進(jìn)主要在41粉質(zhì)粘土、42粉土、44淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、52粉土、61粉質(zhì)粘土、62粉土、71粉質(zhì)粘土、72粉土、74粉砂之中。具有明顯上軟下硬特征，上部易塌，下部52粉土、62粉土、72粉土中地下水較豐富，水壓較大。

41、51、61、71粉質(zhì)粘土，透水性較差，屬高含水量、中等靈敏度、中～高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性的飽和粘土上，蠕變量大，土層的蠕動(dòng)易造成開挖面失穩(wěn)，同時(shí)由于土層粘性較大，易粘著盾構(gòu)設(shè)備或造成管路堵塞，給掘進(jìn)帶來困難。

2　掘進(jìn)

2.1掘進(jìn)情況

左線盾構(gòu)在160～240環(huán)掘進(jìn)時(shí)遇75細(xì)砂，由于該層土粘聚力及內(nèi)摩擦角均較大，經(jīng)觀察渣土發(fā)現(xiàn)該層土呈有較明顯的分層，渣土呈塊狀，又粘又硬，失水板結(jié)后強(qiáng)度高。盾構(gòu)掘進(jìn)到180環(huán)時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)出現(xiàn)了較大幅度的波動(dòng)，到186、187環(huán)掘進(jìn)困難，具體現(xiàn)象：

1)刀盤難以貫入，掘進(jìn)速度極慢；

2)螺旋機(jī)間歇噴涌，出渣呈液態(tài)，沒有固體渣土；

3)渣溫急劇升高，見圖1。

圖1　187環(huán)渣溫時(shí)程

2.2原因分析

1）刀盤開孔率低，面板中心位置半徑1 m左右范圍內(nèi)被75層土糊?。幻姘迮渲?1把撕裂刀，75層土糊住面板，撕裂刀喪失開挖能力；邊緣配制12把滾刀，周邊滾刀被75層土糊住，形成泥帶；刮刀高低于面板撕裂刀，喪失開挖能力。

為了驗(yàn)證農(nóng)業(yè)品牌真實(shí)性與網(wǎng)絡(luò)口碑之間的關(guān)系，以網(wǎng)絡(luò)口碑為因變量，品牌真實(shí)性為自變量進(jìn)行線性回歸，結(jié)果顯示，回歸方程調(diào)整過的R2=0.034，標(biāo)準(zhǔn)β系數(shù)為0.205，F(xiàn)(1，119)=5.246，顯著性水平為0.024，小于0.05，說明農(nóng)業(yè)品牌真實(shí)性與網(wǎng)絡(luò)口碑之間有明顯的正向影響，即H2得到驗(yàn)證。

2）75細(xì)砂內(nèi)摩擦角及粘聚力均較高，造成掘進(jìn)困難。

3）刀盤中心2個(gè)泡沫孔[1]（共5個(gè)）堵塞，中心位置渣土難以改良。

4）土壓設(shè)定過高造成土體難以進(jìn)入土倉，淤積糊住刀盤。

5）土倉內(nèi)部渣土堆積，和易性降低。

6）渣溫升高加劇刀盤面板上土體板結(jié)。

根據(jù)以上情況判斷刀盤前方有結(jié)泥餅[2]趨勢(shì)，鑒于溫度升高現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)停止盾構(gòu)掘進(jìn)尚未形成泥餅，粘土糊住刀盤造成刀盤喪失開挖能力，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刀盤上粘附土體和掌子面土體發(fā)生摩擦，形成泥漿，從螺旋機(jī)噴涌，成塊渣土占的比例很少。

3　施工措施

考慮到刀盤前方被粘性土糊住喪失開挖能力，首先向土倉及刀盤前方掌子面注入土體分散劑浸泡24h，期間每1h原地高速旋轉(zhuǎn)刀盤10 min，使刀盤粘附土體脫離刀盤。恢復(fù)掘進(jìn)后采取以下措施：

1）轉(zhuǎn)速由原來1r/min提高到2r/min，降低扭矩；

3）結(jié)合地面監(jiān)測(cè)情況逐漸降低土壓，略微欠壓推進(jìn)；

4）加強(qiáng)渣土溫度監(jiān)測(cè)，掘進(jìn)過程中向土倉注水，控制渣土升溫速度，當(dāng)渣土超過50℃時(shí)停機(jī)降溫，避免刀盤前土體固結(jié)。

4　采取措施前后盾構(gòu)參數(shù)對(duì)比

為有效分析采取措施前后的推進(jìn)情況，選取在75細(xì)砂中掘進(jìn)的187環(huán)與采取措施后200環(huán)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

4.1推進(jìn)速度

187環(huán)掘進(jìn)困難，掘進(jìn)速度波動(dòng)較大，平均速度8 mm/min，推進(jìn)過程中因扭矩過大、渣溫過高多次暫停，該環(huán)掘進(jìn)斷斷續(xù)續(xù)持續(xù)12.5 h；200環(huán)速度穩(wěn)定在20 mm/min左右，共用時(shí)50min，掘進(jìn)順利。

4.2土壓

187環(huán)推進(jìn)過程中頂部土壓基本在0.24 MPa以上，波動(dòng)幅度較大；200環(huán)頂部土壓在0.2 MPa左右，基本穩(wěn)定。

4.3推力

187環(huán)推進(jìn)過程中推力較大，最大達(dá)到30 000 kN，為總推力（42 575 kN）的70%；200環(huán)推力降低到20 000 kN左右。

4.4刀盤扭矩

187環(huán)刀盤扭矩波動(dòng)幅度較大，平均為3.5 MN·m，最大達(dá)到4.2 MN·m；200環(huán)刀盤扭矩平均維持在3.2 MN·m左右。

5　結(jié)論及建議

1)本工程在盾構(gòu)掘進(jìn)困難時(shí)及時(shí)分析原因，判斷準(zhǔn)確、措施得當(dāng)，采取措施后盾構(gòu)掘進(jìn)逐漸恢復(fù)正常，各項(xiàng)參數(shù)趨于穩(wěn)定，渣土良好且能持續(xù)排出，保證了該區(qū)間順利貫通。

2）軟土地區(qū)采用面板式盾構(gòu)，在遇見粘性土?xí)r刀盤中部泡沫注入孔容易堵，要及時(shí)疏通，掘進(jìn)時(shí)要持續(xù)進(jìn)行渣土改良，避免土體在土倉及刀盤前淤積。

3）盾構(gòu)施工時(shí)要加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)范圍內(nèi)地質(zhì)情況的研究，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)特點(diǎn)及試驗(yàn)段掘進(jìn)情況及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，確保盾構(gòu)順利施工。

[1]楊乃剛.泡沫在土壓平衡式盾構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].建筑機(jī)械，2005，（8）：108-110.

[2]竺維彬，鞠世健.盾構(gòu)施工泥餅（次生巖塊）的成因及對(duì)策[J].地下工程與隧道，2002，（2）：27-31.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.022

□U455

□C

□1008-3197（2015）02-60-01

□2015-01-05

□趙則超/男，1983年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事市政工程技術(shù)管理工作。