摘要：全風(fēng)化花崗巖地層中的掘進(jìn)管理是盾構(gòu)法隧道施工中一項非常重要的工作。所采取的施工措施是否適當(dāng)對盾構(gòu)掘進(jìn)的順利開展起著至關(guān)重要的作用。本文對南方某市地鐵三號線盾構(gòu)區(qū)間在以全風(fēng)化花崗巖為主，夾雜粘土的復(fù)合地層中掘進(jìn)時遇到的問題及解決措施進(jìn)行分析介紹，為類似工程提供參考。
　　關(guān)鍵詞：全風(fēng)化花崗巖地層，泡沫，膨潤土液，渣土改良
　　一、概述
　　某市軌道交通三號線［XX站北～XX廣場站］盾構(gòu)區(qū)間土建工程，在盾構(gòu)機(jī)空推過中間風(fēng)井重新始發(fā)后，掘進(jìn)情況即出現(xiàn)異常：推力增大（1500t-1800t），刀盤工作油壓增高180bar-260bar，掘進(jìn)速度很慢1~8mm/rpm,而且刀盤經(jīng)常被卡和出渣困難。為保證地面不產(chǎn)生大的沉降，又不得不保持較高的土倉頂部壓力，于是掘進(jìn)情況始終非常困難，給項目部的生產(chǎn)帶來諸多不便。
　　二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（論文網(wǎng)）
　　工程地質(zhì)：右線隧道穿過地層以〈6H〉為主，其中中部以殘積土層和全風(fēng)化土層為主，北部隧道頂部出現(xiàn)了含水砂層。巖石全風(fēng)化帶：按巖性分為兩個亞層：花崗巖全風(fēng)化帶(γy3)，巖石風(fēng)化強烈，巖芯呈堅硬土狀，呈灰黃、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，遇水易軟化及坍塌，厚度0.60～19.30m，分布廣泛，代號為“<6H>”。硬質(zhì)變質(zhì)巖全風(fēng)化帶(Z)，巖石風(fēng)化強烈，巖芯呈碎斑狀，呈棕紅、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，遇水易軟化及坍塌，厚度0.80～6.70m，分布廣泛，代號為“<6Z-2>”。
　　水文地質(zhì)：地下水位埋深0.30~3.50m。本段地下水主要為第四系的孔隙水及基巖裂隙水，第四系孔隙水主要賦存在沖洪積砂層及海陸交互相砂層中，砂層分布廣泛，厚度大，賦水條件好，屬中等透水，砂層滲透系數(shù)為3.43~5.14m／d，透水性不均。淤泥、淤泥質(zhì)粉土、粘土、殘積土，具微弱透水性，透水性差。基巖強及中風(fēng)化巖裂隙發(fā)育至較發(fā)育，其透水性稍大，滲透系數(shù)為0.11~0.65m／d。總的來看，場地地下水豐富，平均每100m基坑涌水量約216.3m3／d。本標(biāo)段地下水對鋼筋混凝土為無或弱腐蝕性。
　　三、掘進(jìn)困難的原因分析
　　1、刀盤及中心回轉(zhuǎn)體上有泥餅
　　刀盤表面的刀具，如滾刀、刮刀和齒刀被完全包裹。正常情況下由刀具破入地層刮下土體，這時卻變成了刀盤整個表面和地層摩擦，必然需要更大的掘進(jìn)推力和增加刀盤工作油壓。中心回轉(zhuǎn)體上的泥餅使得刀盤運轉(zhuǎn)阻力增大和渣土流動不良無法及時排出也必然使得掘進(jìn)情況變壞。見下圖
　　
　　2、選擇的掘進(jìn)模式不當(dāng)
　　本盾構(gòu)工程采用的是廣州海瑞克隧道機(jī)械有限公司制造的EPB土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。掘進(jìn)中為保證地層壓力和倉內(nèi)壓力的平衡，確保地表穩(wěn)定和地面建筑物的安全，選用了倉內(nèi)填滿渣土維持土壓的辦法，即以實土壓模式掘進(jìn)。但由于倉內(nèi)土壓較高，全風(fēng)化巖層的顆粒之間及其和刀盤表面之間缺少潤滑和冷卻，摩阻力大且長時間掘進(jìn)后易產(chǎn)生高溫。這樣一來，既導(dǎo)致掘進(jìn)過程中刀盤工作油壓很大，電機(jī)過載而經(jīng)常跳閘；又造成地層中的粘土受擠壓后和顆粒狀的全風(fēng)化巖層在倉內(nèi)高溫的作用下于刀盤表面上、土倉內(nèi)壁及中心回轉(zhuǎn)體上形成泥餅，引發(fā)出渣不暢、推力增大、扭矩過高、速度緩慢的不利情況。
　　3、渣土改良效果差
　　1）在發(fā)現(xiàn)向土倉內(nèi)注水的4長管路中有3條堵塞后未能及時處理，導(dǎo)致加入的工業(yè)水?dāng)?shù)量不足，導(dǎo)致倉內(nèi)渣土不能及時被水浸潤而降溫和變軟，在不斷擠壓和高溫的作用下巖石顆粒和粘土成塊狀并附著在刀盤表面、倉壁及中心回轉(zhuǎn)體處，刀盤轉(zhuǎn)動時相互間的摩擦?xí)�產(chǎn)生很大的阻力。
　　2）作為添加劑注入的膨潤土液未完全發(fā)酵，其靜止流限和運動流限未達(dá)到發(fā)揮作用所要求的限值。造成的原因主要是在臺車上的漿斗內(nèi)攪拌發(fā)酵時間不足。
　　4、發(fā)泡系統(tǒng)有故障
　　1）在發(fā)現(xiàn)向刀盤前方注泡沫的管路有一半堵塞后未能及時處理，導(dǎo)致添加劑注入位置不均勻和注入量不足。這樣，渣土在與足量的添加劑混合之前，即由散狀體改良為流塑體，便進(jìn)入了土倉。
　　2)發(fā)泡系統(tǒng)管路打出的泡沫效果不佳，起泡較大、起泡不充分且液體較多。見下圖
　　
　　3）發(fā)泡系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置不合理，不適用于花崗巖全風(fēng)化地層中的掘進(jìn)。
　　四、應(yīng)對措施
　　1、壓氣作業(yè)進(jìn)倉清除泥餅
　　在保壓模式下，人員進(jìn)倉清除刀盤表面及倉內(nèi)中心回轉(zhuǎn)體上的結(jié)硬泥塊。清除后的刀盤見下圖：
　　
　　2、選擇適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)模式
　　考慮到隧道通過地層為以全風(fēng)化為主，夾雜粘土，可將掘進(jìn)模式由實土壓改良為氣壓、土壓相結(jié)合的掘進(jìn)模式，即倉內(nèi)留置一定量渣土，同時通過氣壓維持土倉頂部壓力，使之維持在設(shè)定范圍內(nèi)。這樣既能保證地表穩(wěn)定、減小沉降，還能減小盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)阻力和刀盤轉(zhuǎn)動摩擦力，起到降低總推力、減小刀盤工作油壓和提高掘進(jìn)速度的作用。
　　3、加強渣土的改良
　　1）加大倉內(nèi)工業(yè)水的注入量。停機(jī)打通2條堵塞的注水管路，保證4條注水通道的正常工作。
　　2）將倉壁上3點和9點位置的預(yù)留口位置改為膨潤土液的注入通道，這樣注入的膨潤土液能及時浸潤進(jìn)入土倉的渣土，同時通過攪拌棒的攪動與倉內(nèi)土體充分拌合，使渣土從散狀土體改良為溶膠狀流塑體，從而增加土體的流動性。這樣就能減小倉內(nèi)土體與刀盤及倉壁間的摩擦力，降低刀盤扭矩。
　　3）提前拌制膨潤土液，確保充分發(fā)酵后再使用。
　　4、修復(fù)發(fā)泡系統(tǒng)及選用優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑
　　1）利用設(shè)備維修保養(yǎng)時間，使用高壓油打通刀盤表面上堵塞的泡沫注入孔，保證8個注入孔均可用。
　　2)選用優(yōu)良的CONDAT發(fā)泡劑，保證能產(chǎn)生足量、細(xì)密、穩(wěn)定的泡沫。見下圖
　　
　　3）有針對性的調(diào)整泡沫系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，使之適用于全風(fēng)化地層中的掘進(jìn)。
　　五、調(diào)整后的掘進(jìn)情況
　　從以上四方面采取措施應(yīng)對后，掘進(jìn)情況明顯改善。總推力下降到800t～1200t,刀盤工作油壓下降到120bar～180Bar，速度增加到20～30mm/min，倉頂壓力保持在1.5bar。這樣一來，易于保持倉頂壓力的穩(wěn)定性，盾構(gòu)機(jī)的工作狀況明顯改善，不再出現(xiàn)卡刀盤的現(xiàn)象。同時，從螺旋機(jī)出來的渣土不再是燙手的塊狀硬質(zhì)擠壓體，而是易于帶出的流塑體。見下圖：

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