盾构掘进通过花岗岩球状风化体施工技术.doc

专业知识分享版 摘 要 通过广州地铁某区间盾构掘进通过花岗岩球状风化体的成功案例，对盾构穿越花岗岩球状风化体发育地层的施工风险进行了分析，介绍了盾构掘进参数控制、同步注浆控制、施工监测与二次补充注浆的相应施工对策，并列举一些施工中的异常情况和处理，为类似工程提供参考。 关键词 盾构；花岗岩球状风化体；施工技术 花岗岩球状风化体是花岗岩体风化过程中独有的一种地质现象，通常赋存于花岗石的残积层、全风化、强风化岩体当中，其空间分布具有较大的随机性，目前行内的地质勘探技术难以探测清楚。而另一方面，花岗岩球状风化体与其周边地层的强度差异极大，使得盾构在掘进过程中存在刀盘刀具损坏、地面异常沉降等风险。因此，花岗岩球状风化体已是当前建筑工程行业内盾构施工的天敌之一。 1工程概况 广州地铁某区间位于花岗岩球状风化体（以下简称孤石）普遍发育区域，在项目开工前已对全线进行了勘查，但难以彻底查清所有孤石。盾构在掘进过程中，于里程ZDK39+539.7处遇到未探明孤石，并于里程ZDK39+548.4处再次遇到未探明孤石。 遇孤石部位隧道洞顶埋深为7.88.0m，地面为广州市国际体育演艺中心广场台阶，隧道洞身地层为可塑状花岗岩残积土和可塑冲洪积土层，洞身上部依次为可塑冲洪积土层、河湖相淤泥质土、素填土（图1）。2盾构掘进中遇花岗岩球状风化体的风险分析 1）施工中遇孤石常常导致瞬间压力的突然加大，容易造成刀盘变形及刀具的损坏。 2）孤石通常体积较小，易导致刀盘受力不均，造成主轴承及主轴承密封的损坏1。 3）切削下来的岩块易导致螺旋输送机卡死，无法出土。 4）由于孤石(图2)与周边地层强度差异较大，在切削时无法固定，易滚动，造成盾构姿态难以控制，容易偏离设计路线。 5）由于孤石容易移动，且盾构推进速度慢，因此对地层的扰动非常大，易造成地面不均匀沉降，影响地面建筑物安全。3盾构掘进通过花岗岩球状风化体关键技术 出现孤石部位地面为重要建筑物，无法从地面进行处理，而该部位地层软弱，在未加固的情况下，进仓处理的安全风险极大，因此，采取盾构直接掘进通过孤石是比较合适的方法。3.1盾构机掘进参数控制 盾构掘进过程中，刀具附近围岩承受刀具的垂直压力、切应力和动荷裁的联合作用，但以来自推进系统的垂直压力为主。刀具正下方主要承受与隧道轴线一致的压应力，刀具两侧则主要承受平行于掌子面的压应力。滚刀在巨大推力和回转力矩作用下，对岩石实施压、滚、劈、磨的动作。要达到破碎孤石的目的，虽然需要一定的切削力，但切削力过大又容易造成周边土体的剪切破坏，从而导致出现孤石随着刀盘转动而向前滚动的现象，无法破除孤石。因此，选取合适的推力和贯入度是盾构成功破除孤石的关键2。另外，从尽量避免盾构刀盘刀具异常损坏和盾构姿态控制及尽量避免卡螺旋机等方面考虑，刀盘扭矩和掘进速度的控制也非常重要。 1）推力宜小不宜大，并应与合理的贯入度及掘进速度相匹配，使滚刀能正常滚动而避免偏磨，又能防止由于过快速度或大贯入度而产生大冲击力破坏刀具，或者大推力导致刀轴或刀盘损坏。根据以往的经验，掘进速度一般控制在820mm/min，贯入度控制在38mm/rad。 2）刀盘使用低转速以减小刀盘转动过程中刀具对岩石的冲击力，减小降低刀具的异常损坏。 3）根据隧道埋深、地质情况计算盾构刀盘前方掌子面土压力，掘进过程中建立比理论值稍高的土仓压力，以控制好地面的沉降。 4）防卡螺旋机。掘进过程中密切关注螺旋机扭矩，防止大块石头卡螺旋机。 5）保持流塑状出土，防止渣土过干或过稀引起结泥饼或喷涌；控制好每环的出土量，避免多出土。3.2同步注浆控制 盾构掘进通过孤石阶段，由于掘进速度慢、盾构姿态不稳定等原因，对周边地层的扰动很大，为了减少工后沉降，在施工中必须做好同步注浆。 在此类地层中，每环同步注浆量一般为55.5m3。注浆量与掘进速度匹配，避免因同步注浆过程中注浆速度过快而造成短暂的注浆量过大导致的漏浆问题。除了保证注浆量外，还须控制好注浆压力，如出现注浆压力超过设计注浆压力的情况，应查明原因，在排除堵管或设备故障的情况后，采取间歇注浆方式或适当减少该环注浆量，避免因注浆压力过大而造成漏浆。另外，须注意盾尾间隙的测量与控制，避免因盾尾间隙过大造成漏浆。3.3施工监测与二次补充注浆 为确保地面建筑物的安全，盾构掘进通过孤石期间，应加密对地面建筑物的监测频率，一般每天监测2次，出现异常情况时要再次加密，并及时向相关部门反馈测量数据。 当施工监测显示地面沉降出现异常时，要及时进行洞内二次补充注浆以尽早稳定沉降情况。二次注浆利用成型隧道管片吊装孔进行，材料可选用水泥浆，水灰比为0.81（根据现场实际情况调整）。注浆时注意注浆压力不能过高以导致管片开裂，一般控制在0.3MPa以下为宜，且可以采取一边注浆一边开孔卸压的形式。 4盾构掘进花岗岩球状风化体过程中的异常情况判断 盾构在孤石地层中掘进时，有可能出现的异常情况及处理措施总结如下。 1）推力及扭矩均变小，但速度低于正常且难以提高。出现这种情况时很可能大部份刀盘中心和正面区域的刀具已损坏，应立即采取措施停机开仓检查更换3。 2）推力及扭矩均变大，速度明显低于正常且很难提高，此时土仓内很可能结了泥饼，可采用注入分散剂启动刀盘高转速的方法甩掉泥饼或开仓检查处理3。 3）其他参数基本正常，扭矩跳动异于平常，可能部分刀具已经损坏，建议开仓检查更换。 4）排出的渣土温度明显比平时高，可能出现刀具损坏或土仓内结泥饼的现象，建议开仓检查。 5结语 工程于2012年3月25日在里程ZDK39+539.7处遇到未探明孤石，经过3.45m的掘进距离后成功破除该孤石；并于2012年3月26日在里程ZDK39+548.4处遇到未探明孤石，又经过