洛阳轨道交通全断面富水卵石地层盾构施工应对措施探讨.docx

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洛阳轨道交通全断面富水卵石地层盾构施工应对措施探讨

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摘要:洛阳市轨道交通1号线周王城广场站-应天门站盾构区间是洛阳市第一条地铁线路,地质为全断面富水卵石层,在洛阳地区没有成功案例经验可以借鉴,与成都、北京、兰州等城市类似,但不尽相同,渗透系数更大,自稳性更差,盾构施工更加困难。通过科学筹划,调整渣土改良、掘进参数、优化施工方案,最终在砂卵石地层下一次性完成掘进1219米,为项目减少2次刀具检查工作,工期缩短约3个月,节约了刀具检查更换成本约200万元,同时也为同行研究刀具在洛阳砂卵石地层下掘进的磨损分析、方案制定、施工管理积累了宝贵经验。

1、工程概况

周王城广场站-应天门站盾构区间沿中州中路敷设,左右线长度均为1219m,隧道埋深9.96-24.2m,隧道设计V型坡,最深处为联络通道,盾构主要下穿③2层粉质黏土、③4-3层细砂、③9-3层卵石、③9-4层卵石等地层,区间管片外径6200mm,采用开挖直径6470mm的中铁装备盾构施工。

1.1水文地质情况

结合地质详勘图,在施工过程中分析车站开挖样品,以及掘进取样筛分渣样,确认实际掘进的地层与地质图描述基本一致。隧道断面内前200米主要为③4-3层细砂、③9-3层地层;中间200-1000米为③9-3层卵石、③9-4层卵石全断面卵石层,其中区间400?800米位置为③9-4全断面卵石层;1000米以后地层也主要为③4-3层细砂、③9-3层地层。岩土特性密实,饱和。漂石含量约为30%。粒径2~8cm,最大粒径超过30cm。卵石含量约为80%,充填物无黏性土和粉土。区间地下水类型为孔隙潜水,含水层为卵石层及砂层,卵石③9-3、③9-4渗透系数为80m/d,③9-4内摩擦角、承载力特征值均大。

1.2卵石层施工面对难题

砂卵石地层施工主要有以下几个困难。(1)掘进时主驱动扭矩储备要大,对盾构机性能要求高。(2)掘进时渣土塑流性、止水性差,土压平衡不易建立。会造成卵石层固结或产生排土不畅,掘进困难。(3)卵石不能破碎,刀盘刀具甚至本体产生磨损快磨损严重,换刀方案难于实施。(4)全断面卵石掘进时,刀盘掘进扰动地层容易超挖,判断不准处理不及时,地面会发生沉降或坍塌。

2、盾构机选型的应对措施

本标段盾构机选型经过多次评估,合理的配置为掘进提供了基本保障。主驱动系统采用直径3060mm主轴承,8组电机驱动功率1056kw,额定扭矩7757kNm,脱困扭矩9309kNm。主轴承外密封4道,内密封3道,设计压力5bar。刀盘为复合式6主梁+6面板结构,开挖直径Φ6470mm,开口率35%,主要以滚刀刀具为主,刀盘中心配备高压水冲刷装置。螺旋机采用双闸门,盾构设计10°的小倾角皮带机,能够将稀碴送出,保证发生喷涌时掘进施工的正常进行。设置单管单泵系统,可根据需要改善渣土的流动性、止水性、渗透性及和易性。特别是实践证明在6主梁结构比4主梁结构适应性更好。

3、盾构掘进遇到困难及处理方法

周-应区间在施工过程中,422环以前,以泡沫和膨润土进行改良,参数稳定,掘进比较顺利。但右线掘进第422环推进到1.2米时(左线晚始发,此时掘进310环),出现密集的大卵石卡塞螺机现象,导致螺机正反转不能正常工作,经过4个多小时的紧急处理,螺机成功转动,排出大量漂石,有大量粒径在35cm左右(螺机设计最大通过粒径为350mm*560mm)的漂石存在。410环开始对刀盘的数据进行分析发现,因保不住压,采用欠压掘进,推力从900T增加到1200T左右,推进速度从60mm/min降至30mm/min左右,且刀盘扭矩从3000KN.m增大到4500KN.m。425环出现刀盘扭矩增大,并且不稳定,增大至6000KN.m,其他参数基本稳定不变,同时发生严重喷涌现象,出渣有个别环多出一斗甚至二斗(约17-34方)。之后推进过程中,推进速度降低,均有多出土,扭矩跳动忽大忽小。判断边缘刀磨损严重,不能正常开挖掌子面,造成多出土。经研究,在多出土位置洞内加强二次注浆,即使地面无沉降,仍采用后退式钻注一体机从地面对隧道拱顶进行注浆填充加固。同时启动刀具检查方案,并通过调整参数和采用聚合物进行渣土改良的措施,持续向前试掘进。

3.1采用聚合物进行渣土改良

始发前期因地层粉细颗粒多,稳定性较好,和易性好,这阶段采用泡沫和膨润土进行渣土改良,效果较好,在全断面③9-4层效果不好,出现的喷涌现象,并且出土量不易控制,采用高分子聚合物改良,后续推进中,每环平均注入6方拌好的聚合物混合液,聚合物掺加量控制在0.3%,由膨润土系统注入,对③9-3、③9-4富水地层的喷涌起到了非常好的效果。

3.2合理调整掘进参数

采用聚合物改良后,明显有效改善土体塑流性。扭矩

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