淺談盾構(gòu)穿越低瓦斯復(fù)合地層施工關(guān)鍵技術(shù)

李宗奇

中電建南方建設(shè)投資有限公司 廣東 深圳 518025

成都軌道交通18號(hào)線工程海福1號(hào)風(fēng)井～海昌路站區(qū)間采用2臺(tái)中鐵裝備復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，開挖直徑為8630mm。海昌路站～海福1號(hào)風(fēng)井區(qū)間在里程DK22+714～DK22+964段（長度約為250m），穿越上部卵石，下部砂巖復(fù)合地層，隧道線路坡度為25‰的上坡。

1 工程地質(zhì)特征

成都軌道交通18號(hào)線海福1號(hào)風(fēng)井～海昌路站區(qū)間復(fù)合地層段隧道范圍內(nèi)上部地層為<3-8-3>密實(shí)卵石土，下部地層為<5-2-3>中風(fēng)化砂巖，其抗剪強(qiáng)度為150kpa，單軸極限抗壓強(qiáng)度為3.7Mpa，隧道埋深5～11m。

2 瓦斯概況

2.1 有毒氣體

海福1號(hào)風(fēng)井～海昌路站區(qū)間隧道穿越蘇碼頭油氣田，根據(jù)地勘報(bào)告，在沿線不同地段均測(cè)出有不同程度的瓦斯分布。有害氣體主要有淺層天然氣(CH4)、一氧化碳(CO)氣體。

2.2 瓦斯等級(jí)劃分

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB10120-2002）瓦斯等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)，如當(dāng)全工區(qū)的瓦斯涌出量小于0.5m3/min時(shí)，為低瓦斯工區(qū)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，海福1號(hào)風(fēng)井～海昌路站盾構(gòu)區(qū)間為低瓦斯隧道[1]。

3 盾構(gòu)穿越低瓦斯復(fù)合地層施工重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

3.1 瓦斯防控

瓦斯隧道施工總原則為：控火源，防涌出，重監(jiān)測(cè)，強(qiáng)通風(fēng)。瓦斯隧道必須貫徹“先測(cè)后進(jìn)，有疑必測(cè)，不明不進(jìn)”的指導(dǎo)方針。必須把“一通二防”(通風(fēng)、防治瓦斯、防火)作為安全工作的重點(diǎn)，建立和落實(shí)“一通二防”管理制度，保證人員、資金和技術(shù)設(shè)備到位。

3.2 掘進(jìn)參數(shù)控制

砂卵石地層自穩(wěn)性差，盾構(gòu)在穿越過程中，對(duì)周圍土體擾動(dòng)，可能造成開挖面上方渣土大量流入土倉出現(xiàn)超方；如何實(shí)現(xiàn)出渣、掘進(jìn)速度、土倉壓力之間的平衡點(diǎn)是施工難點(diǎn)。

3.3 渣土改良

在復(fù)合地層中，采取滿倉保壓掘進(jìn)措施進(jìn)行施工，易造成刀盤土倉內(nèi)結(jié)泥餅，如何合理有效地進(jìn)行渣土改良是施工難點(diǎn)和重點(diǎn)，渣土改良到位，才能保證盾構(gòu)施工安全、順利、快速。

3.4 管線保護(hù)

地表道路、管線較多，盾構(gòu)掘進(jìn)超方后，會(huì)導(dǎo)致地表塌陷和管線下沉、破裂，如何保證管線安全是復(fù)合地層施工難點(diǎn)。

4 盾構(gòu)穿越低瓦斯復(fù)合地層施工關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 瓦斯防控措施

區(qū)間隧道瓦斯監(jiān)控檢測(cè)采用以自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主，人工檢測(cè)為輔，兩者相結(jié)合的形式。盾構(gòu)機(jī)上主要關(guān)鍵位置均設(shè)置有甲烷傳感器，并將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)甲烷濃度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；當(dāng)甲烷濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，螺旋輸送機(jī)閘門自動(dòng)關(guān)閉，停止盾構(gòu)掘進(jìn)。

通風(fēng)是瓦斯隧道施工的關(guān)鍵，為確保盾構(gòu)安全掘進(jìn)，盾構(gòu)區(qū)間隧道施工通風(fēng)方式選用壓入式通風(fēng)，直接從洞外風(fēng)機(jī)連接到盾構(gòu)機(jī)，同時(shí)為防止盾構(gòu)機(jī)上局部瓦斯聚集，在盾構(gòu)機(jī)上局部增設(shè)防爆風(fēng)扇，吹散瓦斯。為確保隧道通風(fēng)順暢，每條隧道選用2臺(tái)風(fēng)機(jī)，采用1用1備的形式往隧道里送風(fēng)。

4.2 刀具選型及布置

針對(duì)復(fù)合地層，在達(dá)到復(fù)合地層前進(jìn)行開倉換刀，本地層段砂卵石層主要集中在開挖面上部，故選用抗沖擊的光面寬刃刀具，中心正面單刃滾刀采用加強(qiáng)型球齒滾刀，刃寬2.5cm，以增加刀具貫入度，保證刀具使用壽命及工作效率。

4.3 渣土改良、防結(jié)泥餅措施

（1）改良方式：土倉及刀盤面板注入泡沫、水、膨潤土。

①加注泡沫：?jiǎn)苇h(huán)泡沫混合液注入量13～16m3，泡沫劑采用自拌泡沫，在泡沫中添加具有聚合效果的添加劑。泡沫比例：3%～4%，泡沫發(fā)泡率：1∶20，泡沫注入率：1∶35。

②加注水：通過對(duì)加水系統(tǒng)的改良，掘進(jìn)過程中，中心部位不間斷加入，上部根據(jù)渣土的流塑性，間隔開啟。每環(huán)加水量在15m3左右。

（2）每環(huán)在皮帶輸送機(jī)上取渣樣，分析渣土改良效果及刀盤結(jié)泥情況。

（3）根據(jù)刀盤扭矩、推力波動(dòng)情況進(jìn)行渣土改良的調(diào)整。

（4）渣土改良有一定的滯后性，看到螺旋口的渣土不代表艙內(nèi)的渣土性狀，因此，主司機(jī)要重點(diǎn)關(guān)注，判斷艙內(nèi)的渣土情況，才能更好地進(jìn)行改良控制，使渣土達(dá)到預(yù)期更好的效果。

4.3 掘進(jìn)參數(shù)控制

復(fù)合地層前的穿越麓山大道作為試驗(yàn)段，經(jīng)過穿越麓山段試掘進(jìn)，優(yōu)化后穿越復(fù)合地層實(shí)際的掘進(jìn)參數(shù)控制為：推進(jìn)速度在20～78mm/min之間，平均每環(huán)速度為55.7mm/min， 推力在1600～3700t之間平均推力2574.3t，刀盤扭矩在320～1100t.m，平均值為824.2t.m。

4.4 注漿控制

在同步注漿時(shí)，同步注漿速度和推進(jìn)速度保持同步，注漿作業(yè)時(shí)，宜將壓力控制在2.0～3.5bar。二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥～水玻璃雙液漿漿液配合比1∶1，水泥漿水灰比1∶1。管片脫離盾尾后及時(shí)對(duì)管片進(jìn)行二次補(bǔ)漿，補(bǔ)漿量為同步注漿量的10%～15%。

4.5 保壓措施

采用土壓平衡模式掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)停機(jī)過程中，觀察土倉壓力顯示的變化情況，以尋找最佳的土壓平衡點(diǎn)。顯示的土壓力比停機(jī)前增大，則下一環(huán)掘進(jìn)的土壓力設(shè)置為增大后的壓力數(shù)值。顯示的數(shù)值變小，則下一環(huán)掘進(jìn)土壓力可適當(dāng)降低。

4.6 管線保護(hù)措施

根據(jù)管線圖紙與實(shí)際勘察情況，管線斜跨隧道上方，為保證穿越過程中，管線安全，根據(jù)管線類型及現(xiàn)狀分析，分別采取懸吊保護(hù)、加固引排等方式對(duì)管線進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié)束語

成都地鐵18號(hào)線工程海福1號(hào)風(fēng)井～海昌路站區(qū)間復(fù)合地層段歷時(shí)20天，成功快速穿越。實(shí)踐證明，盾構(gòu)穿越上部砂卵石下部中風(fēng)化砂巖地層采取的措施有效，對(duì)于同類工程，該方案具有一定的借鑒意義。