城市泥水盾构泥岩地层施工技术研究

城市泥水盾构泥岩地层施工技术研究

王健

中铁隧道股份有限公司河南郑州

摘要：城市轨道交通工程建设中，轨道交通线路纵横交错，穿越不同的地貌地层单元，盾构法施工在这些地层中经常遇到各种施工难题，影响工程质量和进度。本文以具体的工程实例，浅谈泥水盾构在中风化、强风化泥岩地层中的施工技术及措施，希望对今后类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：泥水盾构、轨道交通、风化、泥岩、技术措施

一、工程及水文地质概况

武汉轨道交通3号线7标盾构区间穿越汉江，隧道江北起点为宗关站，江南终点为汉阳中间风井，左线1162米，包含960米盾构掘进段和202米盾构空推段；右线1163米，包括981米盾构掘进段和182米盾构空推段。

两台盾构自宗关站始发，管片为C50S12通用型管片，错缝拼装，外径6200mm，内径5500mm，管片厚350mm，宽度1500mm。线路的最小转弯半径R=350m；最大纵坡28‰；最大埋深37.2m；最高水土压力5Bar，隧道最小转弯半径350m。

宗关站~王家湾站区间隧道通过地段地貌类型分属汉江河床及长江一级、三级阶地3个地貌单元，汉阳段属长江三级阶地，汉口段属长江一级阶地，区内汉江河道顺直，河床宽约230m，两侧岸坡较陡，降低地形总体平顺，标高在4.4~8.2m之间。长江一级三级阶地前缘地形平坦、开阔，总体向长江倾斜。根据勘察、设计文件揭露，左右线隧道在泥岩段的掘进地层：盾构开挖面上部为4-2a粉质粘土，中下部为20b-1强风化泥岩、20b-1中风化泥岩。根据详勘、补勘资料揭示，中风化泥岩强度最高24.5MPa，平均强度6.4MPa。泥岩颗粒级配0.075～0.005mm占51.1%，0.005以下占22.9%。蒙脱石含量3.64%。

二、施工难点

2015年4月27日盾构进入泥岩地层，掘进速度迅速降低至5mm/min，不能满足进度要求。根据盾构机在泥岩段的掘进过程的现象：掘进进尺慢、扭矩大以及分离设备分离出的粘土球，初步判断为刀盘严重堵塞。

5月13日，工程施工方组织人员带压进仓进行了检查，发现刀盘上刀孔、开口均被严重堵塞，刀盘90%以上刀孔和开口被糊满，同时刀盘面板也被糊满，中心位置完全堵死，仓内严重淤塞，泥水仓仓壁粘附大体积泥团，证实了刀盘严重堵塞的判断。

人工对刀盘清理后，观察到刀盘在强度不高的泥岩地层掘进时，由于泥岩强度不高，造成刀具切削时形成轨迹，刀间距之间泥岩由于粘性极强不易脱落，粘结在刀盘上，造成刀盘严重结饼，影响正常掘进。

三、泥岩段掘进采取的技术措施

1、带压进仓处理

泥水盾构在泥岩段掘进的过程中，施工单位组织人员进行了多次带压进仓对刀具、刀盘清洗，去除粘附在刀盘上的大块泥土。

2、常压开仓处理

当盾构机整机进入全断面中风化泥岩段，掌子面具备一定的自稳能力和不透水性，经过各方论证后，决定尝试常压进仓处理刀盘结饼和泥浆门堵塞。

从准备常压进仓前10环严格保证同步注浆量，注浆量为理论量的1.5倍，并结合二次注浆，为常压进仓及盾尾封水做准备。在到达拟定进仓位置后，在盾尾后3环压注聚氨酯，聚氨酯的注入方式为在整环的螺栓孔内开孔，三环累计开孔23孔，注入聚氨酯100L，辅助同步注浆对盾尾进行封堵；严格检查设备状况，特别是P2.1出浆泵的运行情况，保证在进仓过程中，随时可以连续抽浆；

分阶梯、逐步降低压力、最终保证常压情况下，出浆量小于200m3/h，保证常压进仓过程中可对地层来水及时处理。

所有各项准备工作完成后，开始常压进仓清理。首次常压进仓于7月23日进行，进仓后发现泥水仓全部被泥岩填满，后迅速组织人员进仓清渣，2天时间清理完成土仓内及刀盘辐条间泥岩渣土。

3、改造盾构循环管路

对盾构机的循环系统进行设备管路改造，加装了增压泵，建立出浆口至中心冲洗口的循环联系，加装小型加压循环泵，从而增加仓内循环压力差，加大对刀盘冲洗力度。

对盾构机进行刀盘背部冲刷系统的改造，提高循环系统对刀盘冲洗的能力，预防下部掘进刀盘结饼。对刀盘中心部位冲刷系统改造，降低刀盘中部结饼，在仓内进行循环系统改造的同时进行刀具检查。

4、选择合适的泥岩分散剂

通过对泥岩岩性的化学分析，根据土样泥岩XRD图谱分析数据，中风化泥岩主要含量为蒙脱土、石英、云母、菱镁矿、长石和方解石等组成。蒙脱土具有优异的吸水膨胀能力和吸附能力，遇水膨胀且非常粘稠，极易团聚抱团，因此推测蒙脱土是地下泥岩粘附盾构刀盘、难以出土的根源。

根据化学分析结果调配了盾构泥岩掘进的分散剂和泡沫剂配比，按照要求注入分散剂1.2T，泡沫剂0.2T,并浸泡12小时，通过对比观察，泥岩结饼情况有所改善。

右线隧道盾构掘进至泥岩段地层后，出现扭矩大、泥浆门堵塞、掘进速度慢情况。通过以上几项技术措施的综合应用，泥水盾构在泥岩地层的掘进速度显著提高。在泥岩段，右线平均进度41环/月，左线平均进度56环/月，按期完成了掘进任务，得到业主及各方的高度评价。

参考文献:

[1]陈馈,洪开荣,焦胜军.ShieldConstructionTechnique(SecondEdition).人民交通出版社,2016.

[2]刘建航,侯学渊.软土市政地下工程施工技术手册[M].北京:中国建筑出版社.1990.

[3]地下轨道、轻轨交通岩土工程勘察规范GB50307-1999.中国计划出版社.

[4]刘建航,侯学渊.盾构法隧道[M].北京:中国铁道出版社,1991.

[5]廖鸿雁.复合地层盾构技术：广州地铁盾构工程的探索与实践.中国建筑工业出版社,2012.