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全断面中风化泥质粉砂岩地层中盾构施工技术

王星钧
(中建隧道建设有限公司,湖南 长沙 410000)
摘要:盾构在中风化泥质粉砂岩地层中施工刀盘极易结泥饼,长距离施工刀具磨损严重,且地层中蕴含裂隙水发育地段管片易上浮,从而造成掘进速度缓慢,本文结合工程案例次研究重心在于盾构如何在处理好施工难点的同时保证高质高效完成盾构施工,为今后类似地层盾构施工提供一定参考。
1 工程概况
  长沙市轨道交通 3 号线一期工程土建施工项目 SG-8 标由 2 站 2 区间组成,其中区间分为朝阳村站~长沙火车站站和长沙火车站站~烈士公园东站盾构区间。
区间位于车站中路下方,地面交通量大,交通情况复杂,其地层以全断面中风化泥质粉砂岩为主,根据详勘报告该地层性状为褐红色,粉砂质结构,泥质胶结,胶结较好,岩芯较完整,呈长柱状、短柱状为主,少量柱状,手难折断,干湿交替易崩解,岩石质量指标 RQD 为 80~90,局部位置含少量砾石,存在少量溶孔,天然单轴抗压强度平均值 30MPa。
2 全断面中风化泥岩地层盾构施工技术
2.1 刀盘结泥饼对策
  刀盘结泥饼多为泡沫喷头老化失效堵塞,注入泡沫剂量不足造成,原集成刀盘更换泡沫喷头需要在地面进行,工序复杂耗时长,本工程采用优化泡沫喷头,每个泡沫喷嘴尾端有一个螺栓固定的通路板(图 1),发生堵塞时,将通路板移开,被堵塞的喷嘴从刀盘后面拔出,换上新喷嘴。
2.2 刀具预防磨损关键技术研究
  1)刀具配置的研究
  刀具配置以滚刀、刮刀、撕裂到结合,本项目从掘进里程对刀具配置进行对比分析,确定在同类地层< 600m 范围采用以撕裂刀为主的刀具配置,≥ 600m 采用以滚刀为主的刀具配置 ( 表 1、图 2)。

  2)刀具改良技术的研究
  周边滚刀采用镶齿滚刀(图 3),镶齿滚刀采用金属元素铌的渗入,更好地保证了刀圈的耐磨性以及耐撞击性,使得刀圈的刚性及韧性都得以提升。刀圈两侧涂焊有大面积的WC 碳化钨耐磨层,由于镶齿刀圈主要应用于强度不超过 40MPa 的砂岩、泥岩等地层,主要考虑即为耐磨性要加强,所以涂焊 WC 后以起到更好的耐磨作用,大大增加了其推进里程。镶齿合金柱的尺寸为∅22mm×40mm,合金柱的镶嵌深度达到 37mm,外漏尺寸只有 3mm,在盾构推进过程中,合金的镶嵌深度越深,保证盾构的行进里程越长,亦不会出现镶齿脱落的情况。
2.3 防止管片上浮关键技术研究
  在全断面中风化泥质粉砂岩地层中围岩效果好造成盾构掘进过后成型孔洞不会将管片立即进行包裹,管片与掘进隧道间形成空间,浆液凝固时间长,地下裂隙水丰富会将管片抬起。通过试验确定采用同步注浆配合比( 重量比):水泥∶粉煤灰∶膨润土∶砂∶水为16∶41∶12∶84∶65。
  同步注入水玻璃∶水泥浆为 0.2∶1,浆液凝结时间 3h,加速凝结时间,防止管片上浮。增大砂的注入量,通过顶部管路注浆,同时混入水玻璃,通过砂料填充管片外壁与成洞间的间隙,加大外壁的内摩擦,将管片裹在隧道轴线可控范围。注浆效果如图 4 所示。
3 应用效果
  结合长沙地铁 3 号线朝阳村~长沙火车站区间,对土压盾构在中风化泥质粉砂岩地层的盾构掘进参数的控制、壁后注浆管理的控制关键技术进行研究分析,采用先进的施工工艺和方法,结合精细化管理并采取有力的奖惩措施,使盾构在中风化泥质粉砂岩中施工进度达到 6~8 环/天,管片拼装无渗漏、无破损、无明显错台,地面沉降控制在 3mm 内。顺利完成朝长区间盾构施工,为今后类似情况的土压盾构穿越中风化泥质粉砂岩施工提供一定参考。
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