盾構(gòu)機(jī)穿越海底復(fù)雜地層帶壓進(jìn)倉(cāng)孤石處理技術(shù)探析_陳建福

1、隧道地下工程收稿日期:20160607基金項(xiàng)目:中鐵十四局集團(tuán)有限公司廈門(mén)市軌道2號(hào)線一標(biāo)二工區(qū)項(xiàng)目部技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(SDGS_XMDT2_CG_2016_0011)盾構(gòu)機(jī)穿越海底復(fù)雜地層帶壓進(jìn)倉(cāng)孤石處理技術(shù)探析陳建福(中鐵十四局集團(tuán)有限公司山東濟(jì)南250014)摘要復(fù)雜地質(zhì)狀況下隧道盾構(gòu)法施工，一般都要面對(duì)孤石及基巖凸起等地質(zhì)，目前比較安全有效的做法是超前探測(cè)，提前處理。但往往因?yàn)楫?dāng)前技術(shù)水平、施工手段及周邊環(huán)境等因素的限制，無(wú)法將孤石

2、及基巖凸起全部預(yù)處理，導(dǎo)致部分孤石卡在刀盤(pán)前方或堵在盾構(gòu)機(jī)前閘門(mén)處，損傷了刀盤(pán)刀具、破壞了掌子面穩(wěn)定、降低了掘進(jìn)效率。結(jié)合廈門(mén)過(guò)海地鐵盾構(gòu)隧道施工實(shí)例，總結(jié)了大塊孤石處理的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)幾種倉(cāng)內(nèi)孤石處理方法進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)類(lèi)似工程有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞泥水盾構(gòu)孤石處理泥膜形成液壓割鋸中圖分類(lèi)號(hào)U45543文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)10094539(2016)08006305TechnologyAnalysisonBoulderTreatment

3、fShieldMachineThroughSubmarineComplexFmationintoCabinwithPressureChenJianfu(ChinaＲailway14thBureauGroupCoLtd，JinanShong250014，China)AbstractFshieldtunnelingconstructionincomplicatedgroundcondition，itisquitenmaltomeetgeol

4、ogylikeboulderstoneupliftbedrockThecurrentsafeeffectivewaytohlethisproblemisprobedrillinghlingbefeshieldmachinearrivesButduetothelimitationofcurrenttechnology，constructionmethodsurroundingenvironment，sometimesitisimpossi

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6、boulderstonehlingtechnologybycombiningtheconstructionexampleofXiamenseacrossingmetroshieldmachinecomparingseveralboulderstonehlingmethodsinexcavationchamber，whichcanbeareferencefsimilarprojectsKeywdsslurryshieldmachinebo

7、ulderstonehlingargillanfmationhydrauliccutting1引言盾構(gòu)施工技術(shù)作為隧道、地鐵、城市管線以及越江、跨海等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一種主要施工方法，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用［1－2］。特別是世界各大城市地鐵的高速發(fā)展，使得盾構(gòu)隧道遇到的地層越來(lái)越復(fù)雜，一條隧道往往要穿越十余種地層。因此，單一的軟土地層或硬巖地層已不能滿足今天的盾構(gòu)施工范疇。為滿足日益增長(zhǎng)的施工需要，出現(xiàn)了復(fù)合型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，這種機(jī)械設(shè)備基本

8、能夠滿足各種地層的施工需求。但是，有些特殊的地層還是需要借助一些其他的施工技術(shù)手段才能滿足工程需要，例如，花崗巖地層中特有的球狀風(fēng)化體(孤石)，孤石有自然風(fēng)化產(chǎn)物和搬遷作用兩種成因，花崗巖球狀風(fēng)化體以及大型卵石都可能成為孤石，成為盾構(gòu)法隧道掘進(jìn)過(guò)程中的巨大障礙［3－5］，孤石常常會(huì)增加項(xiàng)目成本和施工風(fēng)險(xiǎn)，并導(dǎo)致工期不可控［6］。36鐵道建筑技術(shù)ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(08)隧道地下工程式(1)

9、中，P1為水壓力(kPa)P2為靜止土壓力(kPa)P3為變動(dòng)壓力，一般取20kPaγ水為海水的容重，取1025kNm3γ膨潤(rùn)土液為膨潤(rùn)土液容重，取12kNm3Ｒ為盾構(gòu)開(kāi)挖半徑，取7043mK0為掌子面頂部土體靜止土壓力系數(shù)γi為土的容重(kNm3)hi為土層的厚度(m)。Pmin=P1P2P3=γ水HKa∑((γi－γ水)hi)－2CuK槡a20Ｒ2γ膨潤(rùn)土液(2)式(2)中，P2為主動(dòng)土壓力(kPa)Ka為掌子面頂部土體主動(dòng)土壓力系

10、數(shù)Cu為掌子面頂部土體的黏聚力(kPa)。根據(jù)表2中土體各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，可計(jì)算出Pmin和Pmax。表2覆土地質(zhì)土體物理力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)土層名稱內(nèi)摩擦角()內(nèi)聚力CukPa容重γ(kNm－3)靜止土壓力系數(shù)K0主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka層厚dm素填土152018704305953淤泥41016207208712輝綠巖脈殘積土22241820330459全風(fēng)化花崗巖3426187030031172P=(PminPmax)2=(270082425)

11、2=25629kPa(3)本次進(jìn)倉(cāng)位置最大潮位差為2m。故確定本次帶壓進(jìn)倉(cāng)壓力為236～256bar。4帶壓進(jìn)倉(cāng)準(zhǔn)備41泥膜411泥膜的配比試驗(yàn)在開(kāi)挖面形成泥膜對(duì)防止氣體泄露和維持開(kāi)挖面土體穩(wěn)定是氣壓開(kāi)艙的關(guān)鍵因素［7］，為了使泥漿的效果達(dá)到施工需要，在帶壓換刀前應(yīng)對(duì)其配比和效果進(jìn)行試驗(yàn)。膨潤(rùn)土制備好后對(duì)膨潤(rùn)土黏度和比重進(jìn)行測(cè)試，直到達(dá)到滿足此處進(jìn)倉(cāng)的膨潤(rùn)土要求。412膨潤(rùn)土的置換(1)第一步采用比重為11～115gcm3，黏土為20～

12、23s的稀泥漿進(jìn)行6h的大循環(huán)漿液置換，使?jié){液在地層中形成較厚的泥膜滲透帶。(2)第二步采用比重為115～12gcm3，黏土為45s的泥漿再進(jìn)行6h的大循環(huán)漿液置換，使?jié){液在開(kāi)挖面表面進(jìn)一步形成較厚的致密泥皮，靜止2h后觀察液面穩(wěn)定情況。(3)第三步當(dāng)氣泡倉(cāng)液位完全穩(wěn)定后，進(jìn)行開(kāi)挖倉(cāng)氣體置換密封實(shí)驗(yàn)。降壓或升壓的過(guò)程中，嚴(yán)格控制降升速度，液面變化的速度控制在2cmmin之內(nèi)，切口壓力波動(dòng)控制在設(shè)定值的01bar之內(nèi)。(4)第四步當(dāng)氣體置

13、換完畢并停止泥漿循環(huán)，為了確保在長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)倉(cāng)作業(yè)過(guò)程中開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)泥漿質(zhì)量的穩(wěn)定，必須采用黏土不小于80s，比重不小于12gcm3的高濃度高質(zhì)量泥漿直接用同步注漿泵向開(kāi)挖倉(cāng)進(jìn)行補(bǔ)注，確保掌子面穩(wěn)定。42帶壓進(jìn)倉(cāng)保壓開(kāi)挖倉(cāng)降液位后，關(guān)閉泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)排氣閥，保持26bar工作氣壓狀態(tài)持續(xù)24h，通過(guò)觀察壓力的變化、液位的高低和地面沉降情況，來(lái)判斷切口面是否穩(wěn)定，從而確定是否具備進(jìn)倉(cāng)條件。保壓過(guò)程中要時(shí)刻注意倉(cāng)內(nèi)壓力變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，馬上恢

14、復(fù)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)。若氣泡倉(cāng)壓力、開(kāi)挖倉(cāng)頂部支撐壓力、軸支撐壓力趨于一致，并保持12h增減001bar，氣泡倉(cāng)氣壓可視為基本保持平穩(wěn)。在保壓之前和保壓之后，分別進(jìn)行兩次從較高壓325bar(工作壓力的125倍)降到工作壓26bar的無(wú)補(bǔ)氣降壓實(shí)驗(yàn)，目的是了解保壓前后氣體泄漏情況。從而判斷泥膜在空倉(cāng)狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)24h后的龜裂情況，再確定是否在換刀進(jìn)程中重新形成泥膜。43帶壓作業(yè)地面監(jiān)控帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)區(qū)域海域應(yīng)進(jìn)行警戒，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安排監(jiān)測(cè)人