[分享]富水砂卵石地层中盾构施工难点及措施

　　泥水盾构和土压平衡盾构机在砂卵地层如场地条件均可采用。泥水、土压平衡两种类型的盾构机在成都地质情况下施工的共同难点：
　　（1）在掘进过程中砂卵石地层对刀盘、刀具、渣土输送系统等部位磨损严重，造成换刀频率较高约150米需换刀一次，渣土输送系统需得到及时的修复；
　　（2）地下水位高、掌子面不稳定，清仓比较困难，换刀时停机处易出现坍塌现象；
　　（3）须在降水条件下换刀，在建线路的位置换刀地点难以选择；
　　（4）因地层局部为砂卵石土夹砂透镜体，土压平衡盾构在通过时刀盘前极易出现固结泥饼现象，开仓处理时易引起地面安全风险；
　　（5）地面沉降槽虽较窄，但沉降量和沉降速率难以控制。

　　应对措施：
　　1盾构出渣的约束条件及应对措施
　　盾构机制约卵石排出有两个主要的约束条件：（1）刀盘的开口尺寸；（2）螺旋输送机通过的最大卵石粒径的能力。其中基本的约束条件是螺旋输送机的通过能力，刀盘的开口尺寸受螺旋输送机能通过能力制约。
　　为确保卵石不堵塞或卡死螺旋输送机，在条件许可的情况下尽可能选择具有较大轮廓直径、牙高值和螺距的螺旋输送机，使其具有通过的较大直径卵石的能力；同时刀盘的开口尺寸要小于螺旋输送机能通过的最大卵石的尺寸，确保进入土仓中的渣土能够顺利排出而不至于堵塞螺旋输送机。
　　为使盾构能够在砂卵石地层顺利掘进，应选用具有破碎大粒径卵石能力的盾构机。为能够破碎卵石刀盘需要配备滚刀以满足破碎卵石的功能，使大卵石的破碎成为可能，图2为在充分考虑有关约束条件下的刀盘面盘及刀具布置情况，图3为破碎后通过螺旋输送机排除的渣土情况。在砂卵石地层中硬岩滚刀的刃轨迹间距宜参照螺旋输送机能通过的最大粒径设定，如本次使用的盾构机的螺旋输送机可通过最大卵石粒径为240mm，图4为破碎后通过螺旋输送机排出的较大粒径的卵石，则刀刃轨迹间距控制在200mm的范围内。
　　2防止喷水涌砂的设备措施
　　针对成都地层水压高和水量大的特点，为防止喷涌和水压击穿盾尾密封，在盾构机的结构上采取以下应对措施：
　　⑴提高盾构机防水密封性
　　盾尾密封选用三排钢丝止水密封刷，其间充注密封脂；铰接密封采用唇形橡胶密封；主轴承外密封采用三重唇形橡胶密封，其间充注常消耗式润滑脂，为提高可靠性同时采用HBW密封脂。
　　⑵采用具有防喷涌功能的可控两级螺旋输送机出渣系统，并结合适当的渣土改良。
　　3施工环境的控制措施
　　控制地面沉降和地表塌陷的措施应从洞内施工过程参数控制和地表处理等两个方面考虑。
　　据试验段的施工经验在未扰动时采取地面注浆根据地层的致密程度一般会出现两种情况：一是致密且水位较低时难以注入；二是松散、水量较大时浆液流失难以固结土体。在盾构通过后利用砂卵石地层上部覆盖的5-6米的粘土层沉降的滞后效应，采取地面跟踪灌砂注浆的方法来控制地表沉降或塌陷。
　　为防止开仓引起的地表坍塌可采取如下措施:确定开仓位置后在刀盘前后的隧道轴线上施作适量的钻孔，孔的深度以达到盾体上部0.5m为宜；在清仓过程中并随清仓进度封闭刀盘开口尽可能不转动刀盘；检查刀盘前的掌子面情况如有空洞应立即通过钻孔灌砂；恢复推进后严格控制出渣量，通过计算如掘进进尺与出渣量不平衡立即通过钻孔灌砂以减少和延缓地面沉降；待盾构盾尾通过后及时补充灌砂并进行压力注浆。
　　通过建筑物或重要管线时可采取的措施：提前做好盾构机及其配套设备的检查使盾构机在通过建筑物或管线时的处于良好的正常工作状态；按照试验段得出的掘进参数实施控制，严格控制出渣量和掘进速度、同步注浆量和及时性；按照先期制定的方案在地面施作注浆孔，注浆孔的间距布置以不超过3-5米为宜；在盾尾通过注浆管位置后立即进行灌砂并有压注浆；做好信息传递工作，做到信息化施工，根据监测数据调整盾构掘进参数和地面注浆量及时间。
　　总结：
　　（1）渣土改良、喷水涌砂、设备消耗和施工环境安全是其应解决的最主要难点。
　　（2）盾构机的出渣能力是其在砂卵石地层中施工是否适应的关键，出渣能力可以通过约束条件的改变和刀具的选型和布置来改善和提高。
　　（3）刀盘、刀具、螺旋输送机的耐磨性是制约盾构能否顺利施工的关键，如何提高其在砂卵石地层中耐久性是控制施工成本和施工安全应解决的首要问题。
　　（4）所有地铁工程线路一般是城市的中心，安全风险高、社会影响大，工程施工环境的控制是盾构在砂卵石地层施工中必须考虑的主要因素。