粉砂地层泥水盾构刀盘脱困工程实例分析
- 格式：pdf
- 大小：2.13 MB
- 文档页数：10
第32卷增1 岩石力学与工程学报V ol.32 Supp.1 2013年1月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2013粉砂地层泥水盾构刀盘脱困工程实例分析林存刚1，2，吴世明3，4，张忠苗1，2，刘冠水4，杜英3，4，胡敏华3，4(1. 浙江大学岩土工程研究所，浙江杭州310058；2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州310058；3. 杭州庆春路过江隧道有限公司，浙江杭州310002；4. 杭州运河隧道有限公司，浙江杭州310002)摘要：杭州粉砂地层中，杭州沿江大道运河隧道工程施工中因泥水盾构刀盘被砂土裹牢受困无法转动而被迫停工。
分析该工程盾构刀盘受困的原因，介绍处理措施及其环境影响，在此基础上提出预防泥水盾构刀盘在砂性土层掘进束缚受困的措施。
分析表明：泥水盾构刀盘粉砂土地层中束缚受困后，切口正前方地面开槽，通过高压喷射水流冲射刀盘上附着砂土使其离散脱落的措施是安全可行的；开槽时应加强对周围环境的监控，避免开槽引起周围土层和已建成隧道结构的位移过大。
泥水盾构在粉砂土层中掘进时，为避免刀盘被砂土束缚而无法转动，应保证泥水循环的通畅连续，确保泥膜质量，并适当提高泥水压力以维持开挖面稳定，提高泥水携带砂土的能力；盾构非掘进状态下，应定时转动刀盘，避免长时间停机、开挖面无泥水循环时砂土塌落沉淀附着刀盘。
关键词：隧道工程；泥水盾构；刀盘；脱困；工程实例研究；水底隧道中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2013)增1–2897–10CASE STUDY OF RELIEVING A SLURRY SHIELD¢S CUTTER HEAD FROM BEING TRAPPED IN SILTY SAND LAYERSLIN Cungang1，2，WU Shiming3，4，ZHANG Zhongmiao1，2，LIU Guanshui4，DU Ying3，4，HU Minhua3，4 (1. Institute of Geotechnical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang310058，China；2. MOE Key Laboratory ofSoft Soils and Geoenvironmental Engineering，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang310058，China；3. Hangzhou Qingchun Road Cross-river Tunnel Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang310002，China；4. Hangzhou Yunhe Tunnel Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang310002，China)Abstract：During slurry shield tunnelling in silty sands during construction of Hangzhou Canal Tunnel，the cutter head of shield was trapped by sand adhesion. Due to the additional torque imposed by adherent sands，the cutter head stopped to rotate. The reasons for trap of shield¢s cutter head were analyzed，and the measures taken to relieve the cutter head were described. Based on experiences and lessons learned from this case study，measures to avoid trap of slurry shield¢s cutter head by adhesion of sands in silty sands were presented. In order to relieve the trapped cutter head，a pit was excavated at the front ground，and then high-pressure water jetting was used to clear sands adhered to the cutter head. Practice shows that the measures taken in this case were safe and effective for relieving the trapped shield¢s cutter head. Attention should be paid to ensure the safety of surrounding environments，especially the completed tunnel nearby when the pit is excavated. To avoid the cutter head of slurry shield being trapped by sands while tunnelling in silty sands，unobstructed and continuous slurry circulation should be maintained，high-quality slurry should be guaranteed to balance the excavating face，the ability to sweep away sands should be enhanced，and the cutter head should be rotated at set intervals when the shield stops to assemble the segmental linings.Key words：tunnelling engineering；slurry shield；cutter head；relieving from being trapped；case study；under-river tunnel收稿日期：2011–08–19；修回日期：2011–10–24基金项目：杭州庆春路过江隧道有限公司科研资助项目；国家自然科学基金资助项目(51078330)；杭州市钱江特聘专家资助项目作者简介：林存刚(1986–)，男，2008年毕业于中国石油大学(华东)土木工程专业，现为博士研究生，主要从事软土地层盾构隧道施工环境影响及盾构隧道长期稳定性方面的研究工作。
E-mail：cunganglin@• 2898 • 岩石力学与工程学报2013年1 引言盾构隧道施工时，因地层条件的复杂性、隐蔽性、不确定性，在盾构掘进过程中，各种问题层出不穷。
盾构隧道的建成质量、施工进度及对周围环境的影响，很大程度上取决于盾构的机械性能与设备状况。
盾构在地下掘进时，因各种不可预知的因素，盾构受困时有发生，从而对隧道施工进度、施工安全、周围环境等造成不利影响，如广州地铁4，5，6号线[1-3]，成都地铁2号线[4]，沈阳地铁某区间盾构隧道[5-6]等，均有盾构被困事件发生，对施工造成不利影响。
杜闯东等[1]介绍了广州地铁5号线某土压盾构到达端头、盾构下方遇到高水压涌砂断层时，采用水平压密注浆加固使盾构安全脱困进洞的施工技术。
注浆过程中，部分浆液流入土仓，固结刀盘，导致刀盘不能旋转；浆液包裹盾壳，将盾构固结裹牢。
盾构脱困措施主要为人工清舱、振动盾尾和钻孔剥离黏结于盾壳的浆液等。
广州地铁4号线仓头—大学城区间土压盾构因刀盘刀具磨损严重而受困，经注浆加固地层后，带压进仓对磨损刀具进行了更换[2-3]。
成都地铁2号线某区间土压盾构穿越膨胀岩土时，因围岩遇水膨胀填充扩挖空间和土舱内土体回填盾体底部的间隙，导致盾构被裹，姿态无法控制。
经外扩边缘滚刀和边缘铲刀以加大开挖直径、盾体前端底部焊接钢制裙板以阻挡土仓内土体的回填后，盾构成功脱困[4]。
沈阳地铁2号线某区间土压盾构因地层坍塌盾尾被卡、刀盘结泥饼及刀盘前方堆积大块加固体和卵石而受困，经人工挖孔清除刀盘前障碍物、清理刀盘泥饼后，挖孔回填，盾构恢复正常掘进[5]。
某地铁区间隧道土压盾构在接收井加固区内被卡，根本原因为盾构进入加固区前未打开超挖刀对盾尾外部注浆管部分进行超挖。
通过向刀盘前部和中盾部位加入添加剂，打开超挖刀，铰接油缸交替伸缩对盾尾进行松动等措施，使盾构脱困[6]。
由此可见，盾构受困原因各异，深入分析盾构受困的原因及处理措施，对类似工程具有借鉴意义。
以上所述均为土压盾构受困的实践，鲜有泥水盾构脱困的实例分析。
杭州沿江大道运河隧道工程泥水盾构在粉砂地层掘进时，因刀盘被砂土附着束缚而无法转动，盾构被迫停机15 d。
本文分析了该工程盾构刀盘受困的原因，介绍了脱困措施及环境监控；并在吸取经验教训后，提出了避免泥水盾构在粉砂地层掘进时刀盘被砂土束缚的措施。
本文可为砂性地层中泥水盾构隧道施工刀盘受困的预防和处理提供参考。
2 工程概况及地质条件2.1工程概况杭州沿江大道运河隧道工程为双管双向四车道公路隧道，EN走向，平行于钱塘江江堤下穿京杭运河，总长约1 358 m。
盾构段长约550 m，采用2台泥水盾构自东向西穿越京杭运河。
盾构外径11.65 m，长约11.4 m；刀盘开挖直径11.68 m。
盾构隧道管片外径11.3 m，内径10.3 m，环宽2 m，采用6标准块+ 2邻接块+ 1封顶块的分块形式，错缝拼装。
盾构段河东岸边段地质剖面见图1。
2.2地质条件隧道穿越场地属钱塘江流域区，为河口相、浅海相及河流相沉积物。
场地浅表层为厚3～8 m的填土，其下为厚度约20 m的粉土和粉砂层，埋深20 m 左右以下为粉质黏土，局部夹粉砂，再下部为含砾粉砂和圆砾层。
盾构隧道穿越土层主要为③–1粉砂层、③–2砂质粉土层、⑤(淤泥质)粉质黏土层和⑥粉质黏土层。
其中③–1粉砂层性质中密；③–2砂质粉土层性质稍密；⑤(淤泥质)粉质黏土层为饱和软黏土，具高压缩性、低强度、弱透水性、高灵敏度，易产生蠕变和触变现象；⑥粉质黏土层为软可塑～硬可塑土。
场地土层分层及其主要物理力学指标见表1。
本场区潜水静止水位一般为2.40～6.90 m，高程为3.49～5.02 m。
