盾构机如何适应深圳地铁二号线的地质

丁剑宏

关键词：地质特点盾构机适应性

1深圳地铁二号线2202标地质特点

1.1卵砾石多、粒径大卵砾石含量约占50～70%，粒径达30～550mm，圆砾含量约10％，兼夹漂石，漂石最大粒径270mm。卵石硬，最大强度可达200MPa。卵、砾石以中等风化为主。充填物主要为中细砂、及少量粘性土。

1.2水压高和水量大隧道顶面最大埋深为21m，地下水位线埋深2m。含水层总厚度约13.5～25.8m，为孔隙潜水。卵石土综合含水层渗透系数K为12.53～27.4m/d，平均值为16.32m/d，为强透水层。因此盾构隧道线路上存在着水压高、水量大的特点，盾构施工中易形成喷涌。

2针对深圳地质特点的盾构机应对策略

2.1针对卵砾石多、粒径大的特点，所选盾构机的应对策略

2.1.1以疏导、通过和排出为主对盾构螺旋输送机能够排出的小粒径卵砾石尽可能地用排出的方式进行解决，对通不过的大粒径卵砾石才采用破碎的方式。

2.1.2选用具有破碎大粒径卵砾石能力的盾构机盾构机要破碎大粒径卵砾石，则刀盘必须配备滚刀，来实现对适宜破碎的大粒径砂卵石进行破碎。

2.2针对水压高和水量大的特点，所选盾构机的应对策略

2.2.1选用高可靠防水密封性的盾构机①盾尾密封。盾尾密封选用三排钢丝止水密封刷，其间充注密封性良好的盾尾密封脂，构成可靠的盾尾止水密封系统。②铰接密封。采用唇形橡胶铰接密封和充气式紧急密封，构成可靠的铰接密封体系。

2.2.2选用具有防喷涌功能的盾构机①螺旋输送机。采用可控的双螺旋输送机系统或采用长螺旋输送机直接将挖掘下的碴土排放到碴土车中。②密封闸门。螺旋输送机上安装可靠的密封闸门排碴系统。③皮带输送机。采用顺畅的小仰角皮带输送机系统。④碴土改良设备。盾构机上配备多种碴土改良设施。

2.3针对砂卵石流动性差、磨琢性大的特点所选盾构机的应对策略

2.3.1选用能进行多种碴土改良工艺的盾构机在盾构机上配备加泥（膨润土）、加注泡沬、加注聚合物系统的设备，根据实际的需要随时进行各种方式的碴土改良。实现改善碴土的流动性，降低碴土磨琢性的目标。

2.4针对砂卵石地层稳定性差、透气性大的特点所选盾构机的应对策略采用土压平衡掘进模式。如在不需进行碴土改良也能实现土压平衡正常掘进的条件下，即尽可能少使用添加剂进行掘进，否则尝试采用泡沬剂、聚合物、澎润土、黄泥、硅溶胶等添加剂进行碴土改良，以实现土压平衡模式进行掘进。通过在掘进中采用土压平衡模式来实现稳定掌子面的目的。

3深圳的碴土改良

3.1碴土改良的目标①增加碴土的抗渗性，防止喷涌的发生；②提高碴土的可塑性，实现土压平衡掘进稳定住掌子面，防止塌陷并为带压进仓提供条件；③减小碴土对刀具、刀盘、螺旋输送机的磨损。

3.2碴土改良的方式①泡沬改良法。期望通过在刀盘前注入泡沬改良土体实现土压平衡掘进、达到止水、减小碴土对刀盘及刀具磨损和降低扭矩的目标。②聚合物改良法。期望通过在刀盘前、土仓中注入聚合物改良土体实现土压平衡掘进、达到止水、减小碴土对刀盘及刀具磨损和降低扭矩的目标。③膨润土、泥浆改良法。期望通过在刀盘前、土仓中注入膨润土和泥浆增加卵砾石土的细颗粒成份，达到止水、在掌子面形成泥膜及改良土体实现土压平衡掘进和减小碴土对刀盘及刀具磨损和降低扭矩的目标。

3.3预测深圳碴土改良的方式根据深圳特殊的地质状况，要达到最理想的碴土改良状态需再添加约20%的细颗粒，如按此量计算每环需要增加细颗粒9.3m3（制成膨润土浆量将远远大于此值）。盾构施工中几个特殊阶段必须进行很好地碴土改良，即盾构机开始掘进时、停止掘进前、经过建筑物时、带压进仓前，这样的几个阶段必须先进行碴土改良，实现土仓中土体能保住压、掌子面前能封堵住水并为下一步的工作创造条件。

4盾构机的操作要求

4.1刀盘转速刀盘的转速控制在≤1.5rpm。

4.2刀盘转向经常变换一下刀盘的左、右旋转方向，实际操作中可观察刀盘扭矩的变化，如扭矩波动较大或有一定幅度的升高时就要变换一下刀盘的旋转方向。目的防止大块石头将刀盘开口堵死，这也有待在实际的操作中进行总结，但一定要在长时间（建议预测不要超过10min）掘进没有换向旋转的条件下进行换向旋转。

4.3掘进中的观察在掘进时特别要注意窥听刀盘转动声音，同时还要注意刀盘的运转参数、螺旋机的运转参数变化，发现异常及时采取措施。对发现刀盘的较大震动、刀盘及螺旋输送机旋转扭矩的突然变化、土仓压力变化、螺旋机排碴量等的变化要及时进行分析并做出判断。

4.4加强机械设备和施工各环节的管理加强机械设备和施工各环节的管理，防止不必要的临时停机，以保持连续掘进。

4.5同步注浆的管理提高注浆与盾构推进的同步性，提高同步注浆质量，缩短浆液初凝时间，使其遇泥水后不产生劣化。有效控制注浆压力，适当增加注浆量，使实际注浆量略大于理论注浆量，以保证管片背后尽量填充密实。

4.6双液注浆在盾构机连接桥右侧安设气动双液注浆泵，及时封堵管片背后空洞及水流通道，防止管片背后汇水流入土仓。

4.7配备双螺旋输送机，直接用螺旋输送机保压出渣。

5换刀、检刀的想法

根据对深圳地层的认识，有如下想法：

5.1检刀每掘进200m进行一次检刀，根据检刀情况决定刀具的更换或调整。检刀地点的确定：沿盾构机的掘进线路前进方向每隔200m左右选择、确定适合的降水地点，挖降水井，根据掘进的速度确定什么时间降水，一旦盾构机掘进到降水位置即争取开仓检刀，根据检刀结果决定是否进行更换刀具。

5.2换刀每掘进400m具备换刀的条件。换刀地点的确定与检刀地点相同，但要做好带压换刀的准备，一旦开仓地层不能自稳必需具备带压进仓进行换刀作业的条件。对具备地层加固条件的换刀地点要事先进行注浆加固，加固方式有地面加固和利用盾构机的超前钻进行加固。

5.3带压换刀时实现泥浆护壁止住地下水和保住压的想法在换刀前保持土压平衡模式的状态下开始向土仓内充注泥浆，并旋转刀盘，根据土仓内压力的高低决定是否出碴，这种排碴状态一直维持到土仓内均匀地充满有泥浆并保持住压力一定时间，在不充注泥浆和不掘进时，土仓内压力也不再降低为止。然后打开气压自动调节装置向土仓内加气，同时螺旋机出碴，出碴速度维持住土仓压力不变，此种状态一直持续到土仓内只剰到约四分之一碴土为止。

6结束语

以上是对深圳地铁二号线２202标地层的几点思考，目的是对正常盾构施工前能给出一些思考。