不同地质条件下盾构方式的研究与讨论

第27卷第3期 2010年6月 吉林建筑 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院学报 JournalofJilinInstituteofArchitecture＆CivilEngineering V01．27No．3 Iun．20IO 不同地质条件下盾构方式的研究与讨论木 李春良1丛敏2王强3 (1：吉林建筑工程学院交通科学与：1：程学院，长春130021；2：长春市轨道交通集团有限公司，长春130012； 3：中冶天：1：上海_f‘三冶建设有限公司，上海201900) 摘要：盾构施工属于“盲视”施工，其存在的工程问题与技术问题也较多．其中最普遍的问题就是地质问题．笔 者介绍了盾构施工方法的特点与辽程，研究并分析了各类盾构所适用的地质条件，针对复杂型的地质条件盾构施 工提出相应的施工措施与注意事项，保证了特定地质条件下盾构施工过程的顺利与安全． 关键词：盾构：复杂地质条件：隧道：注浆 中图分类号：’I'U377 文献标志码：A 文章编号：1009，0185(2010)03．0017—05 ’ ResearchandDiscussiononShieldConstructionintheDifferentGeological Conditions LIChun-lian91，CONGMin2，WANGQian93 (1：SchoolofCommunicationEngineering，JilinInstituteofArchitectureandCivilEngineering，Changchun·China130021 2：ChangchunRailwayTrafficGroup(0，LtdChangchun，China130012： 3：CmtccShanghaishisanyeconstructionCo．LTD,Shanghai。China201900) Abstract：Shieldconstructionis“blindness”construction，theengineeringproblemsandtechnicalproblemsare greater．Oneofthemostcommonproblemsisthegeologicalproblems；thisarticledescribesthecharacteristicsand processesofshieldconstruction，researchOnthedifferenttypesofshield，andproposedthecorrespondingmeasures andaRentionofshieldconstructionforthespecificgeologicalconditions．Thisworkensuresthesmoothconstruction processandsecurityforthespecificgeologicalconditions． Keywords：shieldconstruction；thespecificgeologicalconditions；tunnel；grouting 0前言 随着城市建设的快速发展，地面道路交通运输所承受压力越来越大，各大中型城市交通流的拥挤问题 已经变成一个很严峻的问题．为了缓解交通流量的压力问题，工程技术人员将目光投向地下运输．因此，近 ，JL年修建地下行车隧道、水底隧道、城市地下铁道等工程在我国日益受到重视，世界上很多国家采用盾构 的方法来修建地下隧道． 自1825年法国工程师Brunel研制发明盾构机以来，至今已有180余年历史．机型已由手掘式盾构、 挤压式盾构、气压式盾构发展为土压平衡盾构和泥水压盾构，掘进机械的设备、技术和工艺水平迅速得到 提高．20世纪70年代，土压平衡盾构和泥水加压盾构的问世，标志着盾构施工技术已经进入⋯+个崭新的阶 段．自60年代我国采用盾构法修筑隧道以来，已建成几十条隧道，如上海的打浦路隧道．延安路越江隧道、 地铁l号线、地铁2号线等．我国地下铁道的建设正进入快速发展时期，盾构法技术在我园地下铁道的建 收稿日期：2009一12—29． 作者简介：李春良(1978～)，男，吉林省长春市人，讲师，博-：． 十基金项目：吉林建筑工程学院青年科技发展基金(J20091086)：吉林建筑工程学院博士科研启动綦金(2008) 万方数据 18 吉林建筑工程学院学报 第27卷 设中必将得到广泛的应用⋯． 由于地下施工是属于“肓视”施工，因此，建筑地下结构远比建筑地上结构要复杂的多，所带来的工 程问题也较多，所以，对于盾构技术要考虑与涉及的技术问题也接踵而来．其中一个较为普遍的问题就是 地质问题．由于我国不同城市的地下土质较为复杂，因此不同地质条件的盾构施工对施工工艺的制定、盾 构机的选取、盾构机刀盘的设计等均提出了不同要求．只有提出符合特定地质条件下的施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，才能保 证整个施工过程的顺利与安全，明确不同地质条件下盾构施工技术问题具有重要的实际意义．因此，笔者 对不同地质条件下盾构施工技术进行了相应的探讨与研究． 1 盾构施工的特点与步骤 1．1盾构施工的特点 盾构法是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法心]．在与隧道形状一致的盾构壳内装备着推 进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件．采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受 地面建筑物和交通的限制．近年来，由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层 的适应性也越来越好．城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别 在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现．而盾构法施工城市地下铁道、 上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点．itl：#l-，在建造水下公路和铁路隧道或水工 隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用． 1．2盾构施工的步骤 盾构施工先在隧道的一端建造竖井，盾构机在此处安装就位．随后，从竖井或基坑的墙壁预留孑L处出 发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井的预留孑L洞推进．在推进过程中不断从开挖面排出适量的土方， 在推进中所受到的阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井的后靠壁上，如图 l所示． I娟构；2一千斤顶；3砸面列格；4一出土转盘；5一出士运输机；6一暂片拼装机； 7一管片：8黛浆泵；9一压浆扎：l()一出土机；11一f；11管片组成的隧道衬砌结构；12—在盾耀空隙巾的f矗浆：13—后盾装置；14一竖井盾构壳 图1盾构法施工概貌示意图 图lch14是⋯·个能支承地层压力，又能在地层Ift推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒 结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段 周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌 环．盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并保持一定压力不问断地向盾尾后面的衬砌环 万方数据 第3期 李春良，丛敏，王强：不同地质条件下盾构方式的研究与讨论 19 外周的空隙中压注浆体，当盾构推进结束时，停，I卜注浆．它能在环形空隙形成的同时用浆液将其填充，从 而有效地控制地面沉降．如图2所示． 2各种盾构的适用土质条件 图2同步注浆原理 盾构的种类是多样性的，施工速度与施工的安全与选择哪种盾构方式密切相关．同时清楚各种盾构的 特征也是确定盾构施工的关键．而选择适合土质条件并确保施工工作而稳定的盾构类型和相应的辅助工法 也很重要．由于地质情况的千差万别决定了盾构的方式也不相同．各种盾构的适用土质条件主要有以下几 个方面． (1)手掘式盾构．手掘式盾构由于头部敞开的缘故，对于硬软问杂的丌挖面以及砾石、卵石等地基 比较适用，一般采用压气施工保持开挖面的稳定性．但这⋯盾构型式，以开挖而能够长时间自立稳定为基 本条件．在开挖面不够稳定时需通过化学注浆进行地基加固，在地下水位较高会南涌水而影响开挖面稳定 性时，需采取降水等辅助措施． 一般来说，洪积形成的砂砾、砂、固结粉砂、粘土层易于自立稳定，最适于这种型式的使用．冲积形成 的松散砂、粉砂、粘土层由于开挖面不能够自立稳定，所以需要采用辅助措施．这种型式的羼构是盾构的 原型．尽管直到20世纪70年代末一直得到厂。泛使用，但由于不依靠辅助施工的闭胸式盾构的增加使其使 用例已变得极少； (2)半机械式盾构．一般来说，半机械式盾构适用于开挖面可以自立稳定的围岩条件．适合的土质主 要是洪积形成的砂砾、砂、固结粉土及粘土，对于软弱的冲积层是不适用的．在使用压气施工、地下水降低 施工、化学加固等辅助施工方面与手掘式盾构相同； (3)机械式盾构．机械式盾构在头部安装有可连续开挖土砂的旋转刀盘．刀盘可分为丽板型和轮辐 型．面板型是通过面板来维持开挖面稳定，并通过开El率解决块石、卵石的排出问题；轮辐型～般用于开 挖面易于稳定的小断面盾构，针对块石、卵石而使用．机械式盾构与手掘式盾构、半机械式盾构相同，主要 用于丌挖面可以自立稳定的洪积地层中．对于开挖面不易自立稳定的冲积地层应结合压气施工、地下水降 低施工、化学加固施工等辅助措施而使用； (4)挤压式盾构．挤压式盾构最适合于冲积形成的粉质砂土层．由于是从开口部取出土砂，所以不能 用于硬质地层．另外，砂粒含量如太大的话会出现土砂的压缩而造成堵塞：相反，如果地基的液性指数太高 的话则很难控制土砂的流入，会出现过量取土的现象．为了获取合适的推进力，必须通过研究土质条件、 开挖而开口比来决定．由于能够适用的地基非常有限，加之所引起的地基变形比较大，所以近几年已没有 应用的实例： (5)泥水加压式盾构．一般比较适合于在河底、海底等高水压力条件下隧道的施工．泥水加压式盾构 适用于冲积形成砂砾、砂、粉砂、粘土层、弱固结的瓦层地基以及含水率高开挖面不稳定的地层；洪积形 成的砂砾、砂、粉砂、粘土层以及含水很高固结松散易于发生涌水破坏的地层，是一种适用于多种土质条 万方数据 吉林建筑工程学院学报 第27卷 件的盾构型式．但是，对于难以维持开挖面稳定性的高透水性地基、砾石地基，有时也要考虑采用辅助施 工方法； (6)土压平衡式盾构．适用于含水量和粒度组成比较适中的粉土、粘土、砂质粉土、砂质粘土、夹砂 粉粘土等土砂可以直接从掘削面流入土舱及螺旋排土器的土质．但对含砂粒量过多的不具备流动性的土 质，不宜选用； (7)泥土压式盾构．是一种适应含砂量过高而不具备流动性，通过添加水、泥水及添加料使泥土压 力可以较好地作用到掘削面上，且可使掘削土砂的流动性增加，通过排士器顺利排出的盾构．泥土压式盾 构适用于冲积砂砾、砂、粉土、粘土等固结度比较低的软弱地綦：洪积地基以及软硬相间的互层等地基，在 土质方面的适用性是最广泛的．但是，在高水压地基中，仅用螺旋排土器难以保持开挖面的稳定性，还需 采用安装保持压力的过滤器、连接压送泵、改良切削土等方法． 3复杂地质条件盾构施工措施 在实际工程中，大多数施工场地的地质条件都很复杂．土质分布多样性、岩性变化的频繁、岩石的风 化带的起伏变化、密集的断层破碎带、地下水的高度差异等复合型地质条件广泛存在．但总体来说可分为 3大类：一是在掘进断面上不同地层的组合：二是在掘进轴线方向．I-地层的不同组合；三是上述两者兼而 有之口]．如果采用不合理的盾构施工方式就不能保证施工的顺利进行．通常在施工过程中要先把工程施工 盾构断面土体的性能、特征研究透彻：要了解土体对盾构推进施工有什么影响：施工时对土体将产生哪些 影响，以及采取相应的施工对策． (1)硬岩地质条件．硬岩地质条下的盾构施工通常采用敞开掘进模式，采用这种方式施工可以加大 刀盘的转速，但在施工过程中应注意刀盘的变形以及刀具是否发生崩裂，同时要经常对刀具进行检查和更 换．掘进过程中应严格控制盾构线性的变化，并保证开挖丽和刀盘而的平行，同时合理使用发泡剂，以便 降低温度和减少摩擦，进而对刀具进行保护．在排渣过程中如采用泥水平衡盾构的管道排碴，则应注意防 止砾石引起的堵塞，进而提高掘进效率； (2)软硬岩不均匀地质条件．在软硬岩分布不均匀的地质条件下的盾构施工过程中，最大的危害 是硬岩地层造成掘进速度慢，同时软岩地层易造成超挖，产生一种严重的不均匀沉降，更容易导致坍塌事 故．因此，在掘进过程中要严格控制土压，严格控制出土量，确保土仓压力足够，以便保持开挖面的稳定．同 时，根据实际施工调整推力，降低刀具在岩层交界面的碰撞强度和刀盘转速，以防止软硬界面处刀具崩裂： (3)地下水丰富地质条件．地下水丰富地区水流动快，这对选择盾构型式和制定施工措施非常重要， 必须详细进行地质和水文地质调套．由于大量汇集地下水造成水压力比覆土压力大很多，因此，必须根据 实际地层的水土艇力设定适合的开挖面压力．并采用相应的辅助工法考虑开挖面的稳定，同时防止泥浆或 添加材的泄漏或I赍出外，还要特别考虑隧道上浮问题和管片变形问题，严格控制出土量．在停机期间，关 闭螺旋输送机出土闸门，以保持土仓压力．在富含地下水的硬岩地层中掘进时，管片所受到的浮力远大于 其自重，管片在浮力作用下．I二浮．必须调整浆液配合比，缩短其凝结时间，迅速稳定管片．盾构掘进过程中 注浆相当熏要．另外，要随时加注盾尾油脂，以保持盾尾密封始终具有良好的密封效果； (4)砂质地质条件．盾构机在砂质地质通过时应采取土压平衡模式掘进，以增大盾构机的推进速度， 降低刀盘转速，确保土仓压力以稳定开挖面，应严密监测和控制地表沉降．但砂质地质条件具有渗水系数 大、粉细砂层易液化、粘性砂层流动性好等特点，因此，盾构机通过砂质地层时，会产生相应的震动，容易 使砂质地层的土力学特性发生变化，如桩基处于砂层中，砂层受扰动后，降低了桩与土体之问的摩擦力， 消弱了桩恭的承载力，造成建筑物沉降．因此，怎样减小对砂层的扰动是安全过砂层的首要问题．另外，还 需向盾构机土仓中加入膨润土等添JJriN改善土仓中砂、土、水混合物的流动性，使其成为一种塑性流动体 通过盾构机螺旋输送器和输送带流f出，避免喷涌．调节螺旋输送机的转速或闸门开度控制出土量；采取逐 万方数据 第3期 李春良，丛敏，王强：不同地质条件下盾构方式的研究与讨论 21 斗控制出土量的方法控制： (5)断裂带地质条件．断裂j滞的地质特点是岩石破碎且单个碎块硬度大、强度高、地下水丰富，补 给异常迅速．在这类地质条件下施：E时必须对断裂带进行详细的地质补充勘查．穿越断裂带前尽可能开仓 更换、维修刀具，如果断裂；特地层不能自稳时，可采用垂直袖阀管注浆等技术对地层进行预加固．如采取 土压平衡模式掘进，加大泡沫剂的用最以改良碴土，在断裂带施：I=中，碴土改良相比较硬岩段来说更为重 要．另外，在这类地层中不仅盾构机螺旋输送机出El容易出现喷涌，而且该地层对盾构机刀具的磨损甚至 破坏也是相当严重的，曾出现过多次在这种极端不良的地质情况下停机更换刀具的情况．因此，从地面或 盾构机内对前方地层进行适当的加固是必要的； (6)浅覆二t二层地质条件．浅覆土层由于上覆土层的荷载小，这样会造成开挖面土雎力的减小，可能 给开挖i爵稳定带来很大的影响．因此，应严格控制土体的开挖面压力．同时，在掘进过程中应特别注意使用 的泥浆或添加剂的性质以及开挖面压力管理，尽量减小对地表或地下建筑物的影响．浅覆土地段的壁后注 浆，由于盾尾空隙会立l=i口影响到地面或地下建筑物，要进行充分的壁后注浆管理以控制地层变形，宜使用 有早期强度的壁后注浆材料，采用同步注浆方法进行施工；在进行开挖面压力管理或壁后注浆管理时，可 通过试验确定开挖压力管理值和注浆 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 等． 4结语 盾构施工属于“盲视”施工，存在的工程问题也较多、因此，盾构技术要考虑和涉及的技术问题也较 多．而盾构施工是地下通道的主要施工方式，地下丌挖中经常会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到 软岩、硬岩等，在开挖过程中受力复杂，工作环境恶劣．盾构施工方式与类型的选择关系到盾构工程的成 败，故需明确盾构施工方式的特点及过程，研究并分析各类盾构所适用的不同地质条件，钊‘对复杂型的地 质条件的盾构施工提出相应的施工措施与注意事项，确保特定地质条件下的 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 正确无误，保证盾构 施工过程的顺利与安全，为盾构施工起到了相应的指导作用． 参考文献 [1]杨林德．朱合华，丁文基等．岩土二I：程问题安全性的预报与控制[M]．北京：科学技术出版社．2009：58． [2]蒋建敏，赵学彬，贺定勇等．北京地区盾构机刀其失效分析及再制造研究[J]．中国表面工程，2006(6)：44—46 [3]宋天田，周顺华．复合地层条件下盾构刀盘设讨研究fJ]．地下空间与工程学报，2007(6)：479—482． 万方数据 不同地质条件下盾构方式的研究与讨论 作者： 李春良， 丛敏， 王强， LI Chun-liang， CONG Min， WANG Qiang 作者单位： 李春良,LI Chun-liang(吉林建筑工程学院交通科学与工程学院,长春,130021)， 丛敏,CONG Min(长春市轨道交通集团有限公司,长春,130012)， 王强,WANG Qiang(中冶天工上海十三冶 建设有限公司,上海,201900) 刊名： 吉林建筑工程学院学报 英文刊名： JOURNAL OF JILIN INSTITUTE OF ARCHITECTURAL AND CIVIL 年，卷(期)： 2010,27(3) 参考文献(3条) 1.宋天田;周顺华 复合地层条件下盾构刀盘设计研究[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-地下空间与工程学报 2007(06) 2.蒋建敏;赵学彬;贺定勇 北京地区盾构机刀具失效分析及再制造研究[期刊论文]-中国表面工程 2006(06) 3.杨林德;朱合华;丁文基 岩土工程问题安全性的预报与控制 2009 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jljzgcxyxb201003005.aspx