联系我们

福建中天重工机械设备有限公司

电话:0731-89783591

Email:2324467190@qq.com

Q   Q:2324467190

营运中心地址:湖南省长沙市天心区芙蓉南路和庄A1-3110

您当前所在的位置: > 产品中心 > 盾构技术服务 > 盾构技术服务

富水软岩地层盾构机掘进技术

摘 要:盾构机在风化程度高的软岩地层掘进,地层本身具有较强自稳性,遇水易液化,同时受到刀盘扰动时极易发生大面积坍塌情况,同时软岩地层掘进盾构机无法保证快速的掘进速度,掘进过程中较容易发生刀盘结泥饼、螺旋机喷涌、刀具损坏等情况,以深圳 10 号线华南城站-禾花站区间盾构施工为依托,研究富水环境下软岩地层盾构机掘进技术,从地层分析,施工难点以及应对措施等方面进行了分析,确保了盾构顺利通过富水软岩地层,同时也为类似地层盾构施工积累了经验。
1 工程概况
  深圳地铁 10 号线华南城站-禾花站区间线路长度 877.150m(左线876.203m),线路埋深在 9.1~13.5m 之间,线间距为 14.2m,区间线路最大纵坡 27‰,竖曲线半径 3km。区间原始地貌为台地地貌及台地间沟谷,揭露地层有人工填土(石),耕土,冲洪积黏土,残积土,全、强、中及微风化岩。区间穿越地层主要为:①1 素填土、⑦1 黏性土、⑩2-1 强风化角岩(土状)、⑩2-2 强风化角岩(块状)、局部进入⑩3 中等风化角岩。地下水类型主要有二种类型:①松散岩类孔隙水,主要赋存于第四系松散地层中;②基岩裂隙水,主要赋存于块状强风化、中等风化带的节理裂隙及断裂破碎带中,略具承压性。
2 施工难点
  软岩地层为岩石经过长时间风化形成,强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著,含有大量的膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱层,其本身具有较强的自稳性,遇水易发生坍塌情况。
2.1 掘进速度慢
  软岩地层本身相较于土层在盾构掘进过程中,刀盘贯入度较软土地层小,掘进速度慢,同时当采用土压平衡式掘进中,土仓内渣土位置过高,会出现刀盘扭矩过大,渣温高,掘进速度大大降低。
2.2 螺旋机发生喷涌
  裂隙发育的地层,地下水丰富,同时同步注浆难以饱满,管片壁后形成地下水通道,导致土仓前后来水大,掘进过程中易发生喷涌情况,难以控制的情况下,操作手容易减少出土量,导致土仓渣土堆积过多,推力增大,掘进速度缓慢,特殊地层时易刀盘易形成泥饼,使情况进一步恶化,难以继续掘进。
  螺旋机喷涌现象在复合地层掘进中极其常见,在掘进过程中,视地层情况稳定性易采用掘进前土仓排水、掘进间隙提高土仓气压等措施,及时进行二次注浆施做止水环箍,同时加强操作手技术培训,防止在螺旋机喷涌的情况下因经验缺失发生险情。
2.3 刀盘结泥饼
  在软岩地层掘进过程中,地层风化程度不一致,常伴有土层及碎石,掘进过程中,渣土改良不到位或者出现喷涌、出土不畅等情况下,刀盘切削渣土无法顺畅进入土仓,长时间掘进极易出现刀盘结泥饼情况,从而导致掘进停滞,如图 1 所示。
2.4 刀具磨损
  本标段盾构施工地层为强风化、全风化砂岩,本身具备一定强度,且开挖面地层强度不一,长时间掘进刀具均磨速率较快,甚至出现刀圈崩裂。在刀盘出现结泥饼、部分刀箱被渣土“糊住”的情况下,滚刀无法转动,易出现刀具偏磨情况,如图 2 所示。
2.5 地面坍塌风险
  软岩地层遇水易液化,在盾构机掘进速度缓慢,贯入度低,刀盘不断扰动,开挖面拱顶易发生超挖、掉块等现象,严重时出现地面坍塌风险。
3 掘进关键技术
3.1 掘进模式选择
  经过分析及对不同成分软岩地层掘进情况分析,软岩地层下传统的土压平衡模式难以保证盾构机顺利掘进,掘进速度慢,并经常出现刀盘结泥饼、螺旋机喷涌的情况,本标段对掘进各种参数分析,采用气压辅助模式掘进,即保持土仓内实渣量位于半仓以下,同时利用保压系统不断注入压缩空气以保证土仓保持稳定的压力。在地下水丰富的地层中,土仓气压可适当提高以阻止地层裂隙水进入土仓,如图 3 所示。
3.2 有效的渣土改良
  对强分化、全风化复合地层,地层裂隙较大,为防止螺旋机排渣出现喷涌情况,本标段盾构掘进过程中选用聚合性泡沫剂作为渣土改良主材料。另外,准备粘度在 30-50s 的膨润土浆液,在掘进过程中刀盘切削出大量石块时,配合泡沫剂同步向土仓中注入膨润土,提高螺旋机携渣能力,防止喷涌情况发生,该粘度区间的膨润土浆液同时具有润滑刀具的效果,有利于保护刀具和“清洗”刀盘开口和刀箱内渣石。
3.3 加强同步注浆、跟踪注浆
  本文针对软岩地层采用气压辅助模式掘进,保证了掘进的顺畅,但实际实施过程中,盾构施工传统同步注浆难以保证管片壁后与刀盘开挖轮廓间隙填充密实,原因为:①软岩地层掘进,因地层具备的一定自稳性,在盾构机通过过程中,盾体周围与刀盘开挖轮廓间隙无泥土填充,同步注浆浆液极易流窜如土仓中,尤其在大坡度下坡掘进过程中,更为突出;②盾构机采用气压辅助模式掘进通过后,土仓长期存在压缩空气,无所避免窜入至管片壁后,同步注浆浆液在不断注入中易在局部区域形成“气囊”,经过一段时间,压缩空气扩散至地层中,形成空洞,从而造成地面沉降。本标段施工中,严格控制砂浆质量,保证砂浆稠度,控制浆液初凝时间在 4-6h,并在盾构机通过后 24h 内在管片壁后注入水泥浆与水玻璃混合浆液,已保证管片后方空隙填充密实。
4 总 结
  软岩地层裂隙较大,在大面积该地层掘进时,土仓在不断注入压缩空气的同时,空气又由刀盘开挖面暴露出的地层裂隙流窜至地层中,导致土仓中难以保持气压,从而导致气压辅助掘进模式无法实施。本标段多次遇到该情况,采用的措施为分多次向土仓注入不同粘度膨润土溶液,首先注入 20-30s 膨润土溶液,保持土仓压力为该位置盾构机埋深的水土压力之和的 1.5~2 倍,待静止压力稳定后,同样方式继续注入 30-50s 膨润土,压力稳定后注入压缩空气与膨润土溶液进行置换至入仓内泥水液面位于半仓以下后,恢复掘进。另外,为防止土仓压缩空气由管片壁后流窜,在盾构机掘进同时,每隔 15~20m 在成型管片壁后通过预埋注浆孔整环注入水泥浆液与水玻璃混合溶液,形成“止气环箍”,以保障掘进顺利。

售前咨询
技术支持
售后服务