盾構(gòu)機(jī)如何適應(yīng)深圳地鐵二號(hào)線的地質(zhì)

丁劍宏

摘要：本文主要針對(duì)深圳地鐵二號(hào)線的地質(zhì)特點(diǎn)，提出了為適應(yīng)此種地質(zhì)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)應(yīng)具備的條件及幾點(diǎn)掘進(jìn)中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)特點(diǎn) 盾構(gòu)機(jī) 適應(yīng)性

1 深圳地鐵二號(hào)線2202標(biāo)地質(zhì)特點(diǎn)

1.1 卵礫石多、粒徑大 卵礫石含量約占50～70％，粒徑達(dá)30～550mm，圓礫含量約10％，兼夾漂石，漂石最大粒徑270mm。卵石硬，最大強(qiáng)度可達(dá)200MPa。卵、礫石以中等風(fēng)化為主。充填物主要為中細(xì)砂、及少量粘性土。

1.2 水壓高和水量大 隧道頂面最大埋深為21m，地下水位線埋深2m。含水層總厚度約13.5～25.8m，為孔隙潛水。卵石土綜合含水層滲透系數(shù)K為12.53～27.4m/d，平均值為16.32m/d，為強(qiáng)透水層。因此盾構(gòu)隧道線路上存在著水壓高、水量大的特點(diǎn)，盾構(gòu)施工中易形成噴涌。

2 針對(duì)深圳地質(zhì)特點(diǎn)的盾構(gòu)機(jī)應(yīng)對(duì)策略

2.1 針對(duì)卵礫石多、粒徑大的特點(diǎn)，所選盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)對(duì)策略

2.1.1 以疏導(dǎo)、通過和排出為主 對(duì)盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)能夠排出的小粒徑卵礫石盡可能地用排出的方式進(jìn)行解決，對(duì)通不過的大粒徑卵礫石才采用破碎的方式。

2.1.2 選用具有破碎大粒徑卵礫石能力的盾構(gòu)機(jī) 盾構(gòu)機(jī)要破碎大粒徑卵礫石，則刀盤必須配備滾刀，來實(shí)現(xiàn)對(duì)適宜破碎的大粒徑砂卵石進(jìn)行破碎。

2.2 針對(duì)水壓高和水量大的特點(diǎn)，所選盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)對(duì)策略

2.2.1 選用高可靠防水密封性的盾構(gòu)機(jī) ①盾尾密封。盾尾密封選用三排鋼絲止水密封刷，其間充注密封性良好的盾尾密封脂，構(gòu)成可靠的盾尾止水密封系統(tǒng)。②鉸接密封。采用唇形橡膠鉸接密封和充氣式緊急密封，構(gòu)成可靠的鉸接密封體系。

2.2.2 選用具有防噴涌功能的盾構(gòu)機(jī) ①螺旋輸送機(jī)。采用可控的雙螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)或采用長(zhǎng)螺旋輸送機(jī)直接將挖掘下的碴土排放到碴土車中。②密封閘門。螺旋輸送機(jī)上安裝可靠的密封閘門排碴系統(tǒng)。③皮帶輸送機(jī)。采用順暢的小仰角皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)。④碴土改良設(shè)備。盾構(gòu)機(jī)上配備多種碴土改良設(shè)施。

2.3 針對(duì)砂卵石流動(dòng)性差、磨琢性大的特點(diǎn)所選盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)對(duì)策略

2.3.1 選用能進(jìn)行多種碴土改良工藝的盾構(gòu)機(jī) 在盾構(gòu)機(jī)上配備加泥（膨潤(rùn)土）、加注泡沬、加注聚合物系統(tǒng)的設(shè)備，根據(jù)實(shí)際的需要隨時(shí)進(jìn)行各種方式的碴土改良。實(shí)現(xiàn)改善碴土的流動(dòng)性，降低碴土磨琢性的目標(biāo)。

2.4 針對(duì)砂卵石地層穩(wěn)定性差、透氣性大的特點(diǎn)所選盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)對(duì)策略 采用土壓平衡掘進(jìn)模式。如在不需進(jìn)行碴土改良也能實(shí)現(xiàn)土壓平衡正常掘進(jìn)的條件下，即盡可能少使用添加劑進(jìn)行掘進(jìn)，否則嘗試采用泡沬劑、聚合物、澎潤(rùn)土、黃泥、硅溶膠等添加劑進(jìn)行碴土改良，以實(shí)現(xiàn)土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn)。通過在掘進(jìn)中采用土壓平衡模式來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定掌子面的目的。

3 深圳的碴土改良

3.1 碴土改良的目標(biāo) ①增加碴土的抗?jié)B性，防止噴涌的發(fā)生；②提高碴土的可塑性，實(shí)現(xiàn)土壓平衡掘進(jìn)穩(wěn)定住掌子面，防止塌陷并為帶壓進(jìn)倉提供條件；③減小碴土對(duì)刀具、刀盤、螺旋輸送機(jī)的磨損。

3.2 碴土改良的方式 ①泡沬改良法。期望通過在刀盤前注入泡沬改良土體實(shí)現(xiàn)土壓平衡掘進(jìn)、達(dá)到止水、減小碴土對(duì)刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標(biāo)。②聚合物改良法。期望通過在刀盤前、土倉中注入聚合物改良土體實(shí)現(xiàn)土壓平衡掘進(jìn)、達(dá)到止水、減小碴土對(duì)刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標(biāo)。③膨潤(rùn)土、泥漿改良法。期望通過在刀盤前、土倉中注入膨潤(rùn)土和泥漿增加卵礫石土的細(xì)顆粒成份，達(dá)到止水、在掌子面形成泥膜及改良土體實(shí)現(xiàn)土壓平衡掘進(jìn)和減小碴土對(duì)刀盤及刀具磨損和降低扭矩的目標(biāo)。

3.3 預(yù)測(cè)深圳碴土改良的方式 根據(jù)深圳特殊的地質(zhì)狀況，要達(dá)到最理想的碴土改良狀態(tài)需再添加約20%的細(xì)顆粒，如按此量計(jì)算每環(huán)需要增加細(xì)顆粒9.3m3（制成膨潤(rùn)土漿量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值）。盾構(gòu)施工中幾個(gè)特殊階段必須進(jìn)行很好地碴土改良，即盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)時(shí)、停止掘進(jìn)前、經(jīng)過建筑物時(shí)、帶壓進(jìn)倉前，這樣的幾個(gè)階段必須先進(jìn)行碴土改良，實(shí)現(xiàn)土倉中土體能保住壓、掌子面前能封堵住水并為下一步的工作創(chuàng)造條件。

4 盾構(gòu)機(jī)的操作要求

4.1 刀盤轉(zhuǎn)速 刀盤的轉(zhuǎn)速控制在≤1.5rpm。

4.2 刀盤轉(zhuǎn)向 經(jīng)常變換一下刀盤的左、右旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)際操作中可觀察刀盤扭矩的變化，如扭矩波動(dòng)較大或有一定幅度的升高時(shí)就要變換一下刀盤的旋轉(zhuǎn)方向。目的防止大塊石頭將刀盤開口堵死，這也有待在實(shí)際的操作中進(jìn)行總結(jié)，但一定要在長(zhǎng)時(shí)間（建議預(yù)測(cè)不要超過10min）掘進(jìn)沒有換向旋轉(zhuǎn)的條件下進(jìn)行換向旋轉(zhuǎn)。

4.3 掘進(jìn)中的觀察 在掘進(jìn)時(shí)特別要注意窺聽刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)聲音，同時(shí)還要注意刀盤的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、螺旋機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施。對(duì)發(fā)現(xiàn)刀盤的較大震動(dòng)、刀盤及螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)扭矩的突然變化、土倉壓力變化、螺旋機(jī)排碴量等的變化要及時(shí)進(jìn)行分析并做出判斷。

4.4 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備和施工各環(huán)節(jié)的管理 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備和施工各環(huán)節(jié)的管理，防止不必要的臨時(shí)停機(jī)，以保持連續(xù)掘進(jìn)。

4.5 同步注漿的管理 提高注漿與盾構(gòu)推進(jìn)的同步性，提高同步注漿質(zhì)量，縮短漿液初凝時(shí)間，使其遇泥水后不產(chǎn)生劣化。有效控制注漿壓力，適當(dāng)增加注漿量，使實(shí)際注漿量略大于理論注漿量，以保證管片背后盡量填充密實(shí)。

4.6 雙液注漿 在盾構(gòu)機(jī)連接橋右側(cè)安設(shè)氣動(dòng)雙液注漿泵，及時(shí)封堵管片背后空洞及水流通道，防止管片背后匯水流入土倉。

4.7 配備雙螺旋輸送機(jī)，直接用螺旋輸送機(jī)保壓出渣。

5 換刀、檢刀的想法

根據(jù)對(duì)深圳地層的認(rèn)識(shí)，有如下想法：

5.1 檢刀 每掘進(jìn)200m進(jìn)行一次檢刀，根據(jù)檢刀情況決定刀具的更換或調(diào)整。檢刀地點(diǎn)的確定：沿盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)線路前進(jìn)方向每隔200m左右選擇、確定適合的降水地點(diǎn)，挖降水井，根據(jù)掘進(jìn)的速度確定什么時(shí)間降水，一旦盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到降水位置即爭(zhēng)取開倉檢刀，根據(jù)檢刀結(jié)果決定是否進(jìn)行更換刀具。

5.2 換刀 每掘進(jìn)400m具備換刀的條件。換刀地點(diǎn)的確定與檢刀地點(diǎn)相同，但要做好帶壓換刀的準(zhǔn)備，一旦開倉地層不能自穩(wěn)必需具備帶壓進(jìn)倉進(jìn)行換刀作業(yè)的條件。對(duì)具備地層加固條件的換刀地點(diǎn)要事先進(jìn)行注漿加固，加固方式有地面加固和利用盾構(gòu)機(jī)的超前鉆進(jìn)行加固。

5.3 帶壓換刀時(shí)實(shí)現(xiàn)泥漿護(hù)壁止住地下水和保住壓的想法 在換刀前保持土壓平衡模式的狀態(tài)下開始向土倉內(nèi)充注泥漿，并旋轉(zhuǎn)刀盤，根據(jù)土倉內(nèi)壓力的高低決定是否出碴，這種排碴?duì)顟B(tài)一直維持到土倉內(nèi)均勻地充滿有泥漿并保持住壓力一定時(shí)間，在不充注泥漿和不掘進(jìn)時(shí)，土倉內(nèi)壓力也不再降低為止。然后打開氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置向土倉內(nèi)加氣，同時(shí)螺旋機(jī)出碴，出碴速度維持住土倉壓力不變，此種狀態(tài)一直持續(xù)到土倉內(nèi)只剰到約四分之一碴土為止。

6 結(jié)束語

以上是對(duì)深圳地鐵二號(hào)線２202標(biāo)地層的幾點(diǎn)思考，目的是對(duì)正常盾構(gòu)施工前能給出一些思考。