長距離硬巖地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

陳仙宇

摘 要：在城市軌道施工過程中，經(jīng)常遇到到以硬巖為主的地層，因環(huán)境因素影響，往往采用盾構(gòu)法進行硬巖段掘進施工。本文主要探討了長距離硬巖地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠為相關(guān)工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長距離；硬巖地層；盾構(gòu)施工；關(guān)鍵技術(shù)

隨著我國城市交通事業(yè)的不斷發(fā)展，促進了軌道交通事業(yè)的不斷進步，并對城市軌道施工提出了更高的要求，以滿足現(xiàn)代化發(fā)展的實際需求。盾構(gòu)法作為一項重要的施工方法，對地鐵建設(shè)的質(zhì)量具有直接的影響，目前在地鐵建設(shè)過程中，廣泛采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機，對于一般地層較為適用，但是在單周抗壓強度超過100MPa長距離硬巖地層中，對盾構(gòu)機的應(yīng)用很少，在長距離硬巖地層中，對刀具提出了較高的要求，必須保持較強的抗沖擊以及耐磨性，并加強刀具的科學(xué)管理，減少對刀具的損壞，以此提高掘進效率。

1工程實例

某地鐵工程建設(shè)1號線04標(biāo)樹屏區(qū)間雙線長2265.27m，最大縱坡27‰，平面R=300m，線間距12m，區(qū)間埋深10～23.6m。隧道洞身穿越地層主要為：③1淤泥質(zhì)土，④粉砂質(zhì)粘土，（14）全風(fēng)化巖，（15）散體狀、碎裂狀強風(fēng)化花崗巖，（17）中等風(fēng)化巖（花崗巖、斑巖），（18）全斷面微風(fēng)化花崗巖。其中全斷面中等風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化巖段的長度約為583m，根據(jù)該區(qū)間地質(zhì)勘查報告，微風(fēng)化巖段最大單軸抗壓強度為136.73Mpa。在本區(qū)間盾構(gòu)施工中，采用盾構(gòu)法進行施工長距離的硬巖地層是施工主要難點，由于刀具對盾構(gòu)機的施工效率以及質(zhì)量具有直接的影響，所以在施工中，還應(yīng)采取合理的措施，加強刀具的管理，提高刀具的耐磨能力。

2盾構(gòu)機選擇

在本次工程施工過程中，綜合考慮各項因素，包括地層特點、線路要求以及購置費用，決定采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機，該盾構(gòu)機的外徑為6280mm，其詳細情況如下：

2.1盾構(gòu)機組成以及參數(shù)

盾構(gòu)機主要由兩部分組成，一部分為主機，主要包括盾體、刀盤、刀盤驅(qū)動、人閘、推進系統(tǒng)以及管片拼裝機等，另一部分為后配套輔助系統(tǒng)，主要包括管片運輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)等等。盾構(gòu)機的具體參數(shù)如下表所示：

2.2刀盤

盾構(gòu)機的刀盤為切割式圓盤，且?guī)в羞M料口，將4個刀盤的進料口作為盾構(gòu)機的主要進料通道，同時采用的是厚壁法蘭板支座，其支撐臂一共有4條，主驅(qū)動以及刀盤與其進行連接。為了保證碴土有效輸送，應(yīng)合理設(shè)置刀盤開口寬度，該盾構(gòu)機的最大寬度為200mm。同時還應(yīng)采用旋轉(zhuǎn)接頭，并將其設(shè)置在刀盤后部。針對該工程硬質(zhì)巖層，還應(yīng)將網(wǎng)格狀耐磨硬質(zhì)合金堆焊在磨損較多的部位，特別是刀盤輪緣，對于耐磨合金環(huán)，應(yīng)設(shè)置3道。

2.3刀具布置

針對本工程的硬質(zhì)巖層的特點，在布置刀具時，應(yīng)充分考慮刀具的耐磨性能等，本工程布設(shè)的刀具主要包括刮刀、滾刀以及齒刀等，保證滿足均僅要求。滾刀的布置主要有雙刃滾刀以及單刃滾刀，根據(jù)要求，合理確定其數(shù)量，同時還應(yīng)使得滾刀刀刃、齒刀、刮刃與刀盤面板之間，保持一定的高度，進而便于在硬質(zhì)巖層地段開展掘進工作。

3長距離硬巖地層盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)措施

在長距離硬巖地層中，采用盾構(gòu)機施工過程中，還應(yīng)抓住關(guān)鍵技術(shù)，以此保證掘進的效果，保證地鐵建設(shè)的質(zhì)量。具體還應(yīng)做好以下幾個方面：

3.1采用合理的掘進模式

采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)進行施工過程中，主要有三種掘進模式，即土壓平衡掘進、敞開式掘進以及半敞開式掘進，在具體施工過程中，應(yīng)根據(jù)具體的施工情況以及施工要求，合理的選擇掘進模式。在本次工程施工過程中，根據(jù)巖石較強的抗壓強度以及土體不易坍塌等特點，可以采用敞開式掘進模式，在硬巖地層進行掘進過程中，應(yīng)通過螺旋輸送機，直接將進入土倉中的碴土排出去，允許少量碴土存在土倉中，同時反扭力不會對螺旋輸送機以及刀盤產(chǎn)生較大的限制，且刀盤扭矩低，所以可以獲得良好的掘進效果。

3.2調(diào)整盾構(gòu)機的施工參數(shù)

盾構(gòu)機在掘進過程中，應(yīng)加強對盾構(gòu)機的施工參數(shù)進行有效控制，保證施工參數(shù)在標(biāo)準范圍之內(nèi)，進而使得盾構(gòu)機能夠正常、穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。在具體的控制過程中，還應(yīng)依據(jù)實際情況進行合理的控制，盾構(gòu)機在施工主要分為以下幾種情況：第一種由軟土層進入全斷面巖層，第二種為由全斷面巖石層進入軟土層，第三種為在上軟下硬地層中進行掘進。在盾構(gòu)機進行掘進過程中，在前兩種情況中，主要對盾構(gòu)機的土壓力值進行合理的調(diào)整，并對注漿壓力、油壓差以及注漿量進行合理的調(diào)整，同時還應(yīng)保持適當(dāng)?shù)耐七M速度，以此使得掘進工作能夠順利的進行。在上軟下硬地層施工過程中，還應(yīng)對土倉壓力、出土量以及刀具切入量進行嚴格的控制，減小刀具與巖層的碰撞強度，降低刀具磨損，以此加強掘進效果。

3.3有效控制盾構(gòu)機的姿態(tài)

在盾構(gòu)機掘進過程中，受各種因素影響，容易導(dǎo)致盾構(gòu)機偏離，進而影響掘進的效果。所以施工人員應(yīng)加強對盾構(gòu)機掘進的監(jiān)控，隨時了解盾構(gòu)機狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機姿態(tài)有所偏離，應(yīng)及時的進行調(diào)整，使其能夠平穩(wěn)進行。與此同時在對盾構(gòu)機進行調(diào)整過程中，還可以通過反轉(zhuǎn)刀具進行合理的調(diào)整。在掘進過程中，為了減少刀具的磨損，應(yīng)適當(dāng)加入泡沫劑，以此減少刀具以及圍巖的摩擦，使得溫度上升緩慢。

3.4科學(xué)控制注漿過程

盾構(gòu)機在掘進過程中，對于圍巖和管片壁之間，會由于圍巖收斂能力下降而出現(xiàn)縫隙，需要及時的注漿，將其縫隙填滿，否則會造成管片上移，對管片拼裝效果造成不利影響。所以施工人員一定注重注漿施工，應(yīng)充分考慮施工的實際情況，選擇合理的注漿方式，并按照相關(guān)要求，進行泥漿的配制，為了使得漿液快速凝結(jié)，還應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾铀?。在注漿過程中，還應(yīng)注重對漿液的有效控制，漿液參數(shù)不符合施工標(biāo)準，則應(yīng)進行二次注漿，保證注漿施工質(zhì)量，滿足施工要求。

總結(jié)

盾構(gòu)法作為一項重要的施工方法，對地鐵建設(shè)的質(zhì)量具有直接的影響，目前在城市軌道施工過程中應(yīng)用的較為廣泛，在具體施工過程中，經(jīng)常碰到以硬巖為主的地層，對刀具提出了較高的要求，對此還應(yīng)加強盾構(gòu)法在硬巖地層施工中的掘進效果，保證地鐵建設(shè)的質(zhì)量。復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機在地層掘進過程中廣泛應(yīng)用，但是在長距離硬巖地層中，對盾構(gòu)機的應(yīng)用實例較少。所以采用盾構(gòu)機進行掘進過程中，應(yīng)使得刀具應(yīng)具有較強的抗沖擊以及耐磨性，減少對刀具的損壞，以此提高掘進效率。因此筆者認為未來還應(yīng)加強盾構(gòu)機在長距離硬巖地層盾構(gòu)施工應(yīng)用，以此提高施工效果，促進我國地鐵建設(shè)順利進行。

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