中铁十五局集团有限公司城市轨道交通工程公司
【摘 要】深圳地铁三号线3102标翠田左线区间地质条件复杂，既有上软下硬、长距离硬岩、长距离矿山法空推，又要通过密集老式建筑群，地下管网多而复杂和几个断裂带。本文主要通过对盾构机掘进长距离硬岩段时，从施工前方案制定、掘进参数设定、姿态控制、泡沫系统参数控制等的分析，总结出土压平衡式盾构机在长距离硬岩段施工中应采取的技术措施。
【关键词】长距离硬岩；盾构机；技术措施
1、工程概况
深圳地铁三号线3102标翠田左线区间结构工程位于深圳地铁三号线翠竹站和田贝站，区间长度1200.08m，左右线间距9m—13.5m，埋深10.8m—65m，有3个小曲线半径为350m的平曲线，线路最大纵坡6‰。隧道采用海瑞克复合式土压平衡盾构机掘进施工，开完直径6.28m，衬砌采用管片拼装式，管片为C50钢筋混凝土，厚度30mm，纵向长度1.5m，隧道外径6m，内径5.4m，管片壁后有140mm空隙，同步注浆砂浆填充。
2、地质情况
本工程穿越191m全断面云开群花岗片麻岩，单轴抗压强度153MPa，平均170MPa，最大193MPa岩层软硬不均。
3、盾构施工难点分析
3.1掘进全断面花岗片麻岩时刀具配置
本工程花岗片麻岩，单轴抗压强度平均170MPa，因此必须配置单刃滚刀，因为单刃滚刀破岩能力比双刃滚刀的破岩能力强，双刃滚刀一般最大破岩能力仅为70 MPa，而单刃破岩能力平均在100 MPa以上。刀具还必须有高的耐磨性和一定的韧性，否则，刀具磨损快造成频繁换刀，使成本加大，刀具强度太高遇到硬的岩石容易崩刃。
3.2盾构机掘进时姿态难以控制且盾体易发生自转
由于岩层强度高且存在软硬岩不均现象，因此，掘进中盾构机姿态难以控制，且由于岩石强度高，切削围岩时反力矩大，容易使盾体发生旋转。
3.3盾构机掘进通过富水断裂带
本工程有多处富水断裂带，水量丰富，掘进中发生喷涌现象，大量地下水夹杂小颗粒砂土从螺旋机出口喷涌出来，对施工影响大，每掘进一环需要清理5—6小时。
3.4盾构机在掘进全断面岩层时同步注浆往往不到位，造成管片上浮、破损现象。
由于全断面硬岩掘进时，采用敞开式掘进，即空仓掘进，土仓无压力，同步注浆压力大，砂浆太多进入土仓，因此，管片很难固定，从而使管片背后充满水在水压作用下使管片上浮，严重时造成管片破损、错台。
由于掘进硬岩的强度大，油缸推力大，纠偏难等原因，管片易出现破损错台等质量问题。
4、掘进长距离硬岩段时应注意的事项和应对措施
4.1空仓掘进时时刻注意岩层的变化
在空仓掘进时，值班人员要注意出渣土质变化，由于岩层软硬不均，有时会突然出现软土或夹层，这时，操作手不及时调整参数保压，极易超排渣土而造成地层沉降过大或塌方。在施工前技术人员要根据地质勘探图纸分析掘进前方地层状况，隧道顶部如是软土或是岩层厚度不超过1米，就要适时保压，防止超排 渣土。
4.2加强刀具的管理
根据岩石的强度合理选择刀具，即强度不能太高（容易崩刃），也不能太低（容易磨损），并且加强刀具的使用管理。
4.2.1储备足量的刀具
掘进微风化硬岩，刀具磨损快，没有足量的刀具储备，会造成停机等刀具现象，造成不必要的成本损失。
4.2.2确定刀具的更换标准
盾构机在硬岩掘进时，刀具正常磨损时，边缘滚刀刀圈，磨损量为10mm应更换，正面滚刀磨损量为20mm应更换。边缘滚刀磨损量大，开挖洞体直径小，盾构机在曲线段极易卡住盾体而无法掘进。有时为了节约成本，将磨损量为10mm的边缘滚刀换到正面，边缘滚刀换新刀。
4.2.3不定期或勤检查刀具
在掘进硬岩时，要勤开仓检查刀具，对刀具的磨损量进行评估，并且检查刀具螺栓的紧固程度，由于震动大而松动的螺栓及时复紧，防止刀具掉下来卡死螺旋机，切记刀具螺栓的螺母要用钢丝锁紧螺母。也可以根据掘进参数及时判断刀具的磨损，进尺量小，推力大，扭矩大，刀盘温度高，都是刀具磨损的信号。
4.3加强掘进参数控制
硬岩掘进遵循“高转速、小扭矩、大推力”的思想。在敞开掘进模式下，盾构推进速度在1—2cm/ min，总推力控制在1600—2200kn，刀盘扭矩3000—4000kn.m，刀盘转速控制在2—3rpm/min。
4.4做好同步注浆
硬岩洞体围岩收缩小，且岩层有裂隙水，因此，要做好同步注浆工作。否则，会造成管片上浮。具体措施是：缩小浆液凝固时间，加大浆液稠度，及早固定管片。
4.5做好二次注浆
由于同步注浆有的很难到达理想的效果，因此要二次注浆进行补救。尽可能填充管片背后空隙达到固定管片、封水的理想效果。
4.6控制好泡沫系统
由于硬岩岩渣的流塑性和易性不高，需要加入泡沫剂来改良渣土的流塑性，使螺旋输送机出土顺畅，更好的形成土塞效应来控制土仓的土压力，同时由于盾构机掘进硬岩时，温度高，加入适量的泡沫可以降低刀盘温度，起到润滑刀盘、刀具的作用，也可以防止刀具切削的粉状粘在刀具上造成刀具偏磨。
4.7合理确定掘出硬岩段前的换刀点
在掘出硬岩段，进入软土地层时一定要确定好换刀点，避免在进入软土层无法换刀或者由于硬岩层在结束时地层软硬不均也无法换刀。具体做法是，用地质钻机在硬岩结束段取芯，找到一个安全的换刀位置，规避换刀风险。
5、结束语
盾构掘进长距离硬岩段，刀具磨损严重，更换频繁，施工难度大。基于本工程长距离硬岩段盾构施工的经验，从盾构施工的各个环节出发，总结出盾构机掘进长距离硬岩施工技术，对今后遇到类似工程有指导作用。
论文作者:陶云超
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第3期
论文发表时间:2016/8/18
标签：盾构论文; 刀具论文; 管片论文; 磨损论文; 岩层论文; 渣土论文; 注浆论文; 《低碳地产》2015年第3期论文;