盾構(gòu)機穿越海底復(fù)雜地層帶壓進倉孤石處理技術(shù)探析_陳建福

1、隧道地下工程收稿日期:20160607基金項目:中鐵十四局集團有限公司廈門市軌道2號線一標(biāo)二工區(qū)項目部技術(shù)開發(fā)項目(SDGS_XMDT2_CG_2016_0011)盾構(gòu)機穿越海底復(fù)雜地層帶壓進倉孤石處理技術(shù)探析陳建福(中鐵十四局集團有限公司山東濟南250014)摘要復(fù)雜地質(zhì)狀況下隧道盾構(gòu)法施工，一般都要面對孤石及基巖凸起等地質(zhì)，目前比較安全有效的做法是超前探測，提前處理。但往往因為當(dāng)前技術(shù)水平、施工手段及周邊環(huán)境等因素的限制，無法將孤石

2、及基巖凸起全部預(yù)處理，導(dǎo)致部分孤石卡在刀盤前方或堵在盾構(gòu)機前閘門處，損傷了刀盤刀具、破壞了掌子面穩(wěn)定、降低了掘進效率。結(jié)合廈門過海地鐵盾構(gòu)隧道施工實例，總結(jié)了大塊孤石處理的關(guān)鍵技術(shù)，對幾種倉內(nèi)孤石處理方法進行了對比，對類似工程有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞泥水盾構(gòu)孤石處理泥膜形成液壓割鋸中圖分類號U45543文獻標(biāo)識碼B文章編號10094539(2016)08006305TechnologyAnalysisonBoulderTreatment

3、fShieldMachineThroughSubmarineComplexFmationintoCabinwithPressureChenJianfu(ChinaＲailway14thBureauGroupCoLtd，JinanShong250014，China)AbstractFshieldtunnelingconstructionincomplicatedgroundcondition，itisquitenmaltomeetgeol

4、ogylikeboulderstoneupliftbedrockThecurrentsafeeffectivewaytohlethisproblemisprobedrillinghlingbefeshieldmachinearrivesButduetothelimitationofcurrenttechnology，constructionmethodsurroundingenvironment，sometimesitisimpossi

5、bletohlealltheboulderstoneupliftbedrock，whichleadstocertainboulderjaminfrontofthecutterheadblockingthesubmergedwallgateoftheshieldmachine，damagescuttertoolsfacestabilityreducestunnelingefficiencyThispapersummarizesthebig

6、boulderstonehlingtechnologybycombiningtheconstructionexampleofXiamenseacrossingmetroshieldmachinecomparingseveralboulderstonehlingmethodsinexcavationchamber，whichcanbeareferencefsimilarprojectsKeywdsslurryshieldmachinebo

7、ulderstonehlingargillanfmationhydrauliccutting1引言盾構(gòu)施工技術(shù)作為隧道、地鐵、城市管線以及越江、跨海等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一種主要施工方法，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用［1－2］。特別是世界各大城市地鐵的高速發(fā)展，使得盾構(gòu)隧道遇到的地層越來越復(fù)雜，一條隧道往往要穿越十余種地層。因此，單一的軟土地層或硬巖地層已不能滿足今天的盾構(gòu)施工范疇。為滿足日益增長的施工需要，出現(xiàn)了復(fù)合型泥水平衡盾構(gòu)機，這種機械設(shè)備基本

8、能夠滿足各種地層的施工需求。但是，有些特殊的地層還是需要借助一些其他的施工技術(shù)手段才能滿足工程需要，例如，花崗巖地層中特有的球狀風(fēng)化體(孤石)，孤石有自然風(fēng)化產(chǎn)物和搬遷作用兩種成因，花崗巖球狀風(fēng)化體以及大型卵石都可能成為孤石，成為盾構(gòu)法隧道掘進過程中的巨大障礙［3－5］，孤石常常會增加項目成本和施工風(fēng)險，并導(dǎo)致工期不可控［6］。36鐵道建筑技術(shù)ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(08)隧道地下工程式(1)

9、中，P1為水壓力(kPa)P2為靜止土壓力(kPa)P3為變動壓力，一般取20kPaγ水為海水的容重，取1025kNm3γ膨潤土液為膨潤土液容重，取12kNm3Ｒ為盾構(gòu)開挖半徑，取7043mK0為掌子面頂部土體靜止土壓力系數(shù)γi為土的容重(kNm3)hi為土層的厚度(m)。Pmin=P1P2P3=γ水HKa∑((γi－γ水)hi)－2CuK槡a20Ｒ2γ膨潤土液(2)式(2)中，P2為主動土壓力(kPa)Ka為掌子面頂部土體主動土壓力系

10、數(shù)Cu為掌子面頂部土體的黏聚力(kPa)。根據(jù)表2中土體各項物理力學(xué)指標(biāo)，可計算出Pmin和Pmax。表2覆土地質(zhì)土體物理力學(xué)試驗指標(biāo)土層名稱內(nèi)摩擦角()內(nèi)聚力CukPa容重γ(kNm－3)靜止土壓力系數(shù)K0主動土壓力系數(shù)Ka層厚dm素填土152018704305953淤泥41016207208712輝綠巖脈殘積土22241820330459全風(fēng)化花崗巖3426187030031172P=(PminPmax)2=(270082425)

11、2=25629kPa(3)本次進倉位置最大潮位差為2m。故確定本次帶壓進倉壓力為236～256bar。4帶壓進倉準(zhǔn)備41泥膜411泥膜的配比試驗在開挖面形成泥膜對防止氣體泄露和維持開挖面土體穩(wěn)定是氣壓開艙的關(guān)鍵因素［7］，為了使泥漿的效果達到施工需要，在帶壓換刀前應(yīng)對其配比和效果進行試驗。膨潤土制備好后對膨潤土黏度和比重進行測試，直到達到滿足此處進倉的膨潤土要求。412膨潤土的置換(1)第一步采用比重為11～115gcm3，黏土為20～

12、23s的稀泥漿進行6h的大循環(huán)漿液置換，使?jié){液在地層中形成較厚的泥膜滲透帶。(2)第二步采用比重為115～12gcm3，黏土為45s的泥漿再進行6h的大循環(huán)漿液置換，使?jié){液在開挖面表面進一步形成較厚的致密泥皮，靜止2h后觀察液面穩(wěn)定情況。(3)第三步當(dāng)氣泡倉液位完全穩(wěn)定后，進行開挖倉氣體置換密封實驗。降壓或升壓的過程中，嚴(yán)格控制降升速度，液面變化的速度控制在2cmmin之內(nèi)，切口壓力波動控制在設(shè)定值的01bar之內(nèi)。(4)第四步當(dāng)氣體置

13、換完畢并停止泥漿循環(huán)，為了確保在長時間進倉作業(yè)過程中開挖倉內(nèi)泥漿質(zhì)量的穩(wěn)定，必須采用黏土不小于80s，比重不小于12gcm3的高濃度高質(zhì)量泥漿直接用同步注漿泵向開挖倉進行補注，確保掌子面穩(wěn)定。42帶壓進倉保壓開挖倉降液位后，關(guān)閉泥水平衡盾構(gòu)進排氣閥，保持26bar工作氣壓狀態(tài)持續(xù)24h，通過觀察壓力的變化、液位的高低和地面沉降情況，來判斷切口面是否穩(wěn)定，從而確定是否具備進倉條件。保壓過程中要時刻注意倉內(nèi)壓力變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，馬上恢

14、復(fù)盾構(gòu)機進排氣系統(tǒng)。若氣泡倉壓力、開挖倉頂部支撐壓力、軸支撐壓力趨于一致，并保持12h增減001bar，氣泡倉氣壓可視為基本保持平穩(wěn)。在保壓之前和保壓之后，分別進行兩次從較高壓325bar(工作壓力的125倍)降到工作壓26bar的無補氣降壓實驗，目的是了解保壓前后氣體泄漏情況。從而判斷泥膜在空倉狀態(tài)下，經(jīng)過24h后的龜裂情況，再確定是否在換刀進程中重新形成泥膜。43帶壓作業(yè)地面監(jiān)控帶壓進倉作業(yè)區(qū)域海域應(yīng)進行警戒，設(shè)置監(jiān)測點，安排監(jiān)測人