試述泥水盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇及應(yīng)用

1、試述泥水盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇及應(yīng)用摘要：盾構(gòu)技術(shù)由于自身的技術(shù)特點(diǎn)已經(jīng)逐漸成為地鐵建設(shè)中不可或缺的技術(shù) 方法。本文以廣州市城市軌道交通十四號(hào)線【街口站江浦站】盾構(gòu)區(qū)間施工實(shí) 例為背景，試述了泥水盾構(gòu)掘進(jìn)的參數(shù)及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；十四號(hào)線；掘進(jìn)參數(shù)；氣倉(cāng)壓力；1、引言目前，城市化進(jìn)程日益發(fā)展、城市交通需求不斷增長(zhǎng)，地下交通工程的建設(shè) 進(jìn)度以及密度都在呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。盾構(gòu)施工是通過(guò)鋼構(gòu)件承受周圍土層壓力， 前進(jìn)開挖土壤、拼裝管片形成隧道襯砌，由不受季節(jié)、地面建筑物影響、安全高 等特點(diǎn)。在中國(guó)，盾構(gòu)法相較于德國(guó)、日本起步晚，但近幾年發(fā)展快速，是一種 有廣闊市場(chǎng)的施工方法。盾構(gòu)法施工隧道適用于不穩(wěn)定

2、地層和含地下水的地下結(jié) 構(gòu)下施工，能夠有效的控制地表沉降和隧道沉降，不影響地面交通。它可以應(yīng)用 于很松散的土質(zhì)或高壓強(qiáng)的地層中，如砂層、巖層等。本文以廣州市城市軌道交 通十四號(hào)線【街口站江浦站】盾構(gòu)區(qū)間施工實(shí)例為背景，通過(guò)盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)、 接收三個(gè)階段簡(jiǎn)述盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)技術(shù)選擇及應(yīng)用。2、工程概況廣州市城市軌道交通十四號(hào)線【街口站江浦站】盾構(gòu)區(qū)間包括雙線1.5公里 盾構(gòu)隧道施工，由街口中間風(fēng)井里程端始發(fā)至江埔車站，隧頂覆土厚度7.3m 16.0m。隧道穿越地層主要為3-1粉細(xì)砂層、3-2中粗砂層、3-3礫砂層、 4N-2可塑粉質(zhì)粘土以及6H全風(fēng)化花崗巖。區(qū)間由于毗鄰流溪河，地下水較為 豐富，以第

3、四系松散孔隙性潛水為主，水位較淺，埋深為0.40m11.30m，：均 埋深為2.44m，標(biāo)高為-2.30m35.98m，平均標(biāo)高為31.26m。該工程施工采用兩 臺(tái)全新的德國(guó)海瑞克泥水盾構(gòu)機(jī)施工，刀盤開挖掌子面直徑為6.28m，襯砌采用外徑為6m的高強(qiáng)度鋼筋混凝土管片，由刀盤、前盾、中盾、盾尾、 拼裝機(jī)、連接橋架、一號(hào)五號(hào)后配套臺(tái)車組成。圖1廣州市地鐵十四號(hào)線【街口站江浦站】盾構(gòu)區(qū)間 圖2泥水盾構(gòu)工作 原理3、泥水盾構(gòu)工作原理及主要參數(shù)泥水盾構(gòu)機(jī)原理機(jī)制是通過(guò)氣體加壓泥漿來(lái)穩(wěn)定開挖面，開挖渣土與泥漿混 合由泥漿泵輸送至泥水分離設(shè)備，經(jīng)處理后循環(huán)使用。泥水盾構(gòu)機(jī)操作分為泥漿 循環(huán)操作系統(tǒng)和掘進(jìn)操

4、作系統(tǒng)，主要涉及氣泡壓力、注漿壓力、液壓千斤頂推力、 刀盤扭矩（刀盤切削土體時(shí)需要刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的作用力）、掘進(jìn)速度（單位 時(shí)間內(nèi)推進(jìn)的長(zhǎng)度）、鉸接行程差（決定盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑）、推進(jìn)油缸行程差、 滾動(dòng)角（盾體相對(duì)于預(yù)先設(shè)定水平線的轉(zhuǎn)動(dòng)夾角）、掘進(jìn)姿態(tài)（盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軸線 與隧道設(shè)計(jì)軸線的相對(duì)位置和變化趨勢(shì)）等參數(shù)。4、盾構(gòu)在不同階段掘進(jìn)參數(shù)選擇盾構(gòu)法施工大多分為始發(fā)、掘進(jìn)、接收三個(gè)階段。（1）盾構(gòu)始發(fā)階段主要指的是盾構(gòu)下井組裝調(diào)試后，通過(guò)拼裝負(fù)環(huán)管片施加 反力在反力架上完成始發(fā)掘進(jìn)，其中涉及拼裝負(fù)環(huán)管片、封堵洞門等施工工序。 盾構(gòu)始發(fā)是作為盾構(gòu)工程的里程碑，是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，至關(guān)重要，處理不

5、當(dāng)易導(dǎo)致基坑大量涌砂涌水，甚至導(dǎo)致基坑坍塌等危險(xiǎn)性事故。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，反 力架承受作用反力有限，初始掘進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)推力，一般控制在8000KN 以內(nèi)；刀盤抵達(dá)掌子面應(yīng)緩慢旋轉(zhuǎn)刀盤，轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)0.8rpm，扭矩控制在 1Mn.m以下，氣泡倉(cāng)壓力控制在0.5bar0.8bar，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，不宜過(guò)快。 掘進(jìn)中，應(yīng)勤觀測(cè)洞門環(huán)板和始發(fā)托架的情況并根據(jù)情況調(diào)整參數(shù)，如此能有效 的控制盾構(gòu)安全始發(fā)。（2）盾構(gòu)掘進(jìn)階段，以廣州市城市軌道交通十四號(hào)線【街口站江浦站】盾 構(gòu)區(qū)間為背景，針對(duì)盾構(gòu)機(jī)穿越長(zhǎng)距離含水砂礫層、粘土層、上軟下硬地層以及 下穿房屋群，簡(jiǎn)述總結(jié)的工作心得。盾構(gòu)掘進(jìn)穿過(guò)長(zhǎng)距離含水砂礫

6、層，應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)、勻速掘進(jìn)、降低刀 盤轉(zhuǎn)速，維持在1.0rpm1.3rpm左右，適當(dāng)提高泥漿比重黏度，時(shí)刻專注泥水分 離設(shè)備出渣情況，防止超挖。泥水盾構(gòu)在砂層掘進(jìn)，推進(jìn)速度較快，應(yīng)在保證同 步注漿量的前提下掘進(jìn)。廣州市交通軌道十四號(hào)線街口站江浦站盾構(gòu)施工項(xiàng)目，線路兩側(cè)20米范圍 內(nèi)共有159棟民房，其中危房7棟，隧道整下穿84棟，為I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源。下穿房屋 范圍覆土淺，開挖面多為砂層、可塑性性粘土。房屋分布密集，多為淺基礎(chǔ)直接 坐落在人工素填土和砂層土上，盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)較大。除房屋提前注漿加固措施外， 比較考察盾構(gòu)操作手的心理素質(zhì)和技術(shù)水平。掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注氣泡倉(cāng)壓力， 氣泡倉(cāng)和土倉(cāng)的過(guò)大波

7、動(dòng)直接關(guān)系到地面房屋的穩(wěn)定性、安全性，因此氣泡倉(cāng)壓 力應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際盾構(gòu)覆土深度計(jì)算設(shè)定。當(dāng)然，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中氣泡倉(cāng)壓力難 免會(huì)有波動(dòng)，操作手需反復(fù)通過(guò)泥漿循環(huán)添加或減少泥漿調(diào)整氣泡倉(cāng)壓力，保證 基本穩(wěn)定。操作手應(yīng)勻速通過(guò)，保持穩(wěn)定的掘進(jìn)速度和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，嚴(yán)禁急轉(zhuǎn)彎 急上下偏位，保證每一環(huán)管片同步注漿量。很多時(shí)候操作手往往會(huì)形成下穿房屋 群需快速通過(guò)而忽略注漿量的觀念，但實(shí)際情況易導(dǎo)致盾構(gòu)盾殼通過(guò)后地面沉 降，應(yīng)當(dāng)勻速并確保足夠的注漿量，穩(wěn)重求勝。該工程在下穿房屋群時(shí)，累計(jì)沉 降10mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沉降預(yù)警值，安全平穩(wěn)的穿過(guò)房屋群，獲得業(yè)主廣州地鐵的 一致表彰。圖3泥水盾構(gòu)下穿房屋群圖4泥水盾構(gòu)

8、穿越上軟下硬地層掘進(jìn)粘土層是泥水盾構(gòu)機(jī)的一大短板”，管路堵管、刀盤結(jié)泥餅、氣泡倉(cāng)壓 力突變等現(xiàn)象常有發(fā)生。從泥水盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)原理上，在技術(shù)操作上很難解決這 一重難點(diǎn)。盾構(gòu)手在掘進(jìn)粘土層時(shí)，應(yīng)不斷切換泥水循環(huán)沖洗系統(tǒng)，并關(guān)注泥水 泵流量和氣泡倉(cāng)壓力，時(shí)刻關(guān)注氣泡倉(cāng)壓力，不得絲毫大意松懈。若實(shí)際情況允 許，應(yīng)降低泥漿比重和黏度，甚至采用清水循環(huán)出渣，能有效提高盾構(gòu)掘進(jìn)速度 和刀盤結(jié)泥餅等情況。在掘進(jìn)參數(shù)方面，應(yīng)適當(dāng)降低氣泡倉(cāng)壓力防止氣泡倉(cāng)壓 力突變導(dǎo)致地面隆起，刀盤可視情況采用大轉(zhuǎn)速攪拌出渣或者低轉(zhuǎn)速通暢出渣。在上軟下硬地層掘進(jìn)，主要體現(xiàn)在盾構(gòu)姿態(tài)突變、刀具磨損、堵管等情況。 盾構(gòu)手在實(shí)操過(guò)程中，

9、可通過(guò)液壓油缸推力、刀盤扭矩等參數(shù)判斷刀具磨損情況， 滿足開倉(cāng)條件地層快速檢查和更換刀具。（3）盾構(gòu)接收階段指盾構(gòu)機(jī)破除玻璃纖維鋼洞門、掘進(jìn)至接收托架上的過(guò)程， 危險(xiǎn)性較大。常規(guī)盾構(gòu)機(jī)破洞門前項(xiàng)目部都會(huì)采取相應(yīng)的防范措施，單獨(dú)針對(duì)盾 構(gòu)操作這一項(xiàng)，我提出自己的見(jiàn)解：破洞門前，操作手應(yīng)提前操作泥漿循環(huán)系統(tǒng) 抽離泥漿管路泥漿，防止破洞門后過(guò)多泥漿外溢，增加清理量和清理成本。準(zhǔn)備 破除洞門時(shí)，操作手應(yīng)當(dāng)提前降低液壓千斤頂總壓力，防止盾構(gòu)機(jī)啟動(dòng)時(shí)因前方 無(wú)阻力導(dǎo)致掘進(jìn)速度突變。刀盤應(yīng)控制在0.6rpm1.0rpm，掘進(jìn)速度控制在810mm/min,其他參數(shù)試情況而定。破除洞門是較為神圣的一亥L 萬(wàn)里長(zhǎng)征的 最后一步，也同樣是危險(xiǎn)性較大的風(fēng)險(xiǎn)源，只有當(dāng)盾構(gòu)順利出動(dòng)操作手才可卸下 心中重?fù)?dān)。5、總結(jié)在盾構(gòu)法隧道工程施工中，掘進(jìn)參數(shù)的選擇及應(yīng)用，對(duì)控制地表沉