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深圳地鐵2A標(biāo)工程論文
【摘 要】 文章敘述了深圳地鐵2A標(biāo)工程（購(gòu)物公園站～香蜜湖站和羅湖～國(guó)貿(mào)兩條區(qū)間隧道）施工中的難點(diǎn)與對(duì)策，所采取的一些施工方法和技術(shù)措施，可作為在南方復(fù)合地層中盾構(gòu)掘進(jìn)施工的借鑒。
【關(guān)鍵詞】 地鐵 復(fù)合地層 盾構(gòu)推進(jìn) 環(huán)境保護(hù)
一、工程概況
深圳地鐵2A標(biāo)工程包括購(gòu)物公園站～香蜜湖站和羅湖～國(guó)貿(mào)兩條區(qū)間隧道，總延長(zhǎng)約4300m。隧道外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm，每環(huán)由6塊管片拼裝而成，環(huán)寬1200mm。
1、購(gòu)物公園站～香蜜湖站
購(gòu)物公園～香蜜湖區(qū)隧道全長(zhǎng)約1600m，沿線(xiàn)穿越的重要建（構(gòu)）筑物有電纜隧道、新洲河、高爾夫球場(chǎng)、別墅群、深南大道和東座酒家等，隧道覆土10～18m，沿線(xiàn)所穿越的地層有礫質(zhì)粘性土、全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和高強(qiáng)度球狀中～微風(fēng)化花崗巖，工程所處區(qū)域地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，水源補(bǔ)給源為大氣降水。
2、羅湖站～國(guó)貿(mào)站
羅湖～國(guó)貿(mào)區(qū)間隧道地處深圳市繁華鬧市區(qū)，全長(zhǎng)606m，覆土8～17m不等，整條隧道均位于人民南路下，地表建（構(gòu)）筑物有需重點(diǎn)保護(hù)的羅雨干渠、天橋樁基、上水管和煤氣管等，其中尤以3m（高）×14m（寬）的羅雨干渠和盾構(gòu)出洞口的天橋樁基對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工影響很大。
該區(qū)間地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂帶較多，隧道斷面內(nèi)存在多種軟硬不同的巖土（從洪積層至風(fēng)化巖層），且沿軸線(xiàn)方向隧道斷面內(nèi)的地層有明顯變化。該區(qū)間隧道所處地層富含地下水，且地下水多為動(dòng)態(tài)水（流動(dòng)水），滲透性和補(bǔ)給性強(qiáng)，地下水與深圳水庫(kù)和深圳河相通。
二、施工技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策
2臺(tái)盾構(gòu)分別于2001年6月6日和7月8日從購(gòu)物公園站始發(fā)，至2003年7月16日和8月10日相繼完成2條區(qū)間隧道的掘進(jìn)任務(wù)。由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和盾構(gòu)本身存在的局限性等原因，因此，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中難點(diǎn)不少。
1、購(gòu)物公園站～香蜜湖站區(qū)間隧道施工
（1）沿線(xiàn)建（構(gòu)）筑物保護(hù)
根據(jù)南方地層普遍自立性較好的特點(diǎn)（即能自穩(wěn)一定時(shí)間），在施工中以實(shí)施信息化施工為指導(dǎo)原則，同時(shí)對(duì)各施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)施動(dòng)態(tài)施工管理，使沿線(xiàn)的電纜隧道、新洲河、高爾夫球場(chǎng)、別墅群、深南大道和東座酒家等重要建（構(gòu)）筑物得到保護(hù)。
�。�2）盾構(gòu)在復(fù)雜地層中施工
當(dāng)2臺(tái)盾構(gòu)成功穿越高爾夫球場(chǎng)和別墅群后，先后遇到球狀風(fēng)化巖，其中1＃盾構(gòu)（左線(xiàn)）所遇地層為強(qiáng)風(fēng)化巖層（自立性強(qiáng)、球狀風(fēng)化巖較少），開(kāi)倉(cāng)人工鑿除10塊球狀風(fēng)化巖后恢復(fù)正常掘進(jìn)，并順利抵達(dá)香蜜湖站。而2＃（右線(xiàn)）盾構(gòu)遇到的球狀風(fēng)化巖，分布在150m長(zhǎng)的掘進(jìn)范圍內(nèi)，由于距離長(zhǎng)、球狀風(fēng)化巖數(shù)量多且部分區(qū)域隧道上方緊鄰殘積土，故不具備采用開(kāi)倉(cāng)人工鑿除球狀風(fēng)化巖的條件，且工期上也不允許。經(jīng)過(guò)反復(fù)商討，最終確定采用礦山法處理球狀風(fēng)化巖，并形成初襯隧洞，然后盾構(gòu)穿越初襯隧洞并拼裝管片形成最終隧道。
初襯隧洞是采用傳統(tǒng)的超前小導(dǎo)管注漿、臺(tái)階法挖土、光面法爆破處理巖石和網(wǎng)噴支護(hù)工藝來(lái)施工的。礦山法初襯隧洞必須根據(jù)線(xiàn)路特點(diǎn)和盾構(gòu)的外形尺寸以及施工需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，本初襯隧洞設(shè)計(jì)成斷面尺寸為直徑6。4m的圓形斷面。經(jīng)優(yōu)化比選，確定采用混凝土導(dǎo)臺(tái)進(jìn)行導(dǎo)向，用粗礫砂和漿液進(jìn)行同步充填建筑空隙并穩(wěn)定已成型隧道，在接口處管片上安裝雙道止水條加強(qiáng)防水，同時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)壓漿，增強(qiáng)該段隧道的永久防水性。
2、羅湖站～國(guó)貿(mào)站區(qū)間隧道施工
�。�1）沿線(xiàn)建（構(gòu)）筑物保護(hù)
①天橋樁基的處理
在盾構(gòu)工作井處有一人行天橋的下行梯道，該梯道采用樁基承重，樁基為直徑550mm的空心鋼筋混凝土管樁，管樁離洞門(mén)只有3m左右，且均處于隧道斷面內(nèi)，為保證盾構(gòu)安全出洞，除在原有洞門(mén)外設(shè)置纖維鋼筋混凝土圍護(hù)樁外，還對(duì)洞口外土體進(jìn)行了旋噴加固。為保證施工安全，故在盾構(gòu)的刀盤(pán)上配置了一定數(shù)量的滾刀，由滾刀直接切削低標(biāo)號(hào)圍護(hù)樁纖維鋼筋混凝土和天橋樁基，同時(shí)實(shí)行開(kāi)倉(cāng)人工割除樁基鋼筋，最終確保了2臺(tái)盾構(gòu)的順利出洞。
�、诹_雨干渠的保護(hù)
羅雨干渠是深圳市羅湖區(qū)最重要的市政排水樞紐管道，為確保其運(yùn)行安全，除在盾構(gòu)推進(jìn)施工方面采取嚴(yán)密的控制措施（如出土控制、同步注漿、盾構(gòu)姿態(tài)控制等）外，還制定了專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)方案（監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地表沉降、羅雨干渠頂部沉降、土體分層沉降和測(cè)斜等）和應(yīng)急預(yù)案（主要是實(shí)行巡視制度、預(yù)先做好跟蹤注漿或回填的準(zhǔn)備工作、跟蹤做好交通疏解和維護(hù)工作等）。
③對(duì)于上水管、煤氣管等管線(xiàn)采用常規(guī)的開(kāi)挖暴露、直接監(jiān)測(cè)和懸吊保護(hù)方案，在做好交通維護(hù)的前提下，與交警部門(mén)協(xié)調(diào)，及時(shí)修復(fù)受損路面。
（2）盾構(gòu)在復(fù)雜地層中施工
由于羅湖～國(guó)貿(mào)區(qū)間隧道所處地層富含水、地層種類(lèi)多、地層變化快、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，而由此帶來(lái)的最大難點(diǎn)是刀具磨損快，需頻繁更換刀具，而在這種復(fù)雜地層中直接開(kāi)倉(cāng)換刀不具備條件。要實(shí)施地層加固也較困難。
通過(guò)超前定點(diǎn)預(yù)加固（旋噴加固），為盾構(gòu)的定點(diǎn)換刀創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)也縮短了施工工期。在本工程中，左線(xiàn)隧道共實(shí)施了3處超前的預(yù)加固，右線(xiàn)隧道因地質(zhì)情況優(yōu)于左線(xiàn)隧道，故實(shí)施了1處超前預(yù)加固，在各加固點(diǎn)都順利地實(shí)施了刀具的更換。
三、施工技術(shù)小結(jié)
1、在南方地鐵工程施工中，隧道斷面內(nèi)的地層普遍存在“上軟下硬”的現(xiàn)象，由于盾構(gòu)正面巖土強(qiáng)度差異較大，因而在同樣的推力作用下，土體所產(chǎn)生的壓縮變形就不同，從而導(dǎo)致盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)所受到的反作用力分布不均，姿態(tài)難以控制。
通過(guò)施工實(shí)踐，我們認(rèn)為采取以下措施可以較好地控制盾構(gòu)的姿態(tài)。
�。�1）適當(dāng)降低總推力，減小盾構(gòu)掘進(jìn)速度。
�。�2）根據(jù)盾構(gòu)行程千斤頂所反饋的信息變化，隨時(shí)調(diào)整千斤頂編組和各區(qū)域油壓。
�。�3）充分利用鉸接千斤頂?shù)募m偏作用，根據(jù)不同狀況及時(shí)對(duì)各組鉸接千斤頂進(jìn)行行程調(diào)整。
�。�4）根據(jù)不同情況，選擇不同型號(hào)管片進(jìn)行拼裝，同時(shí)兼顧管片與盾殼間的空隙變化情況，做到通過(guò)盾構(gòu)后方著力點(diǎn)的導(dǎo)向變化來(lái)影響盾構(gòu)的掘進(jìn)方向。
（5）通過(guò)改變注漿部位、注漿量和注漿時(shí)間、步驟，使得盾尾后方成型隧道在盾構(gòu)推力的反作用下產(chǎn)生一定范圍的變形，從而實(shí)現(xiàn)成型隧道與盾構(gòu)相互之間的影響和制約。
�。�6）在偏硬的風(fēng)化巖地層中，可動(dòng)用超挖刀來(lái)加強(qiáng)糾偏力度，達(dá)到糾偏效果。
2、在南方地鐵工程施工中，盾構(gòu)切削的土壤中含有20%左右的粘粒和礦物質(zhì)成分，使得粘粒的粘性變強(qiáng)。當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)溫度較長(zhǎng)時(shí)間保持在35℃以上時(shí)，就極易形成泥餅（泥餅是指由土顆粒凝聚而成，具有整體性強(qiáng)并有一定強(qiáng)度的土團(tuán)或土塊），附著在土倉(cāng)面板、刀盤(pán)表面或諸如中心軸承、攪拌棒等物體上，加快刀盤(pán)面板和刀具的磨損。泥餅的形成會(huì)降低掘進(jìn)效率，從而導(dǎo)致土倉(cāng)溫度急劇升高。待泥餅形成一定的體積直至完全堵塞外界土體進(jìn)入螺旋機(jī)的通道時(shí)，盾構(gòu)將因出土受阻而無(wú)法掘進(jìn)。
解決泥餅問(wèn)題的技術(shù)措施有：
�。�1）通過(guò)加水或加泡沫，對(duì)切削下來(lái)的土體進(jìn)行改良，以減小土體的粘性和含水量。
�。�2）施工過(guò)程中嚴(yán)格控制溫度，一方面可以通過(guò)向土倉(cāng)適當(dāng)加水降溫。另一方面可通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水的溫度來(lái)提高降溫速度。再者可實(shí)行停機(jī)冷卻，待溫度降至35℃以下時(shí)再繼續(xù)推進(jìn)。
�。�3）加強(qiáng)操作控制和管理，避免誤操作，對(duì)各施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，防止對(duì)土體的過(guò)分壓縮而促進(jìn)泥餅的形成。防止人為的集中出土或不均勻出土。防止土體中的固有水份過(guò)分流失。防止注漿漿液流入開(kāi)挖面或土倉(cāng)內(nèi)，造成土體固結(jié)等。
�。�4）施工過(guò)程中根據(jù)參數(shù)特征，定時(shí)或不定時(shí)實(shí)行洗倉(cāng)，消除既有泥餅，并防范大的泥餅產(chǎn)生。洗倉(cāng)時(shí)宜采用肥皂水，因其能增加土體和易性及減小土顆粒之間的凝聚力。加水量應(yīng)嚴(yán)格控制，若加水量過(guò)大則會(huì)污染工作面，而加水量過(guò)小又會(huì)加劇泥餅的形成。洗倉(cāng)要經(jīng)過(guò)若干次循環(huán)，既能消除泥餅，又不會(huì)對(duì)正面土體造成大的擾動(dòng)或破壞。
3、在本工程中，隧道的絕大部分處于礫質(zhì)粘性土和風(fēng)化巖層中，由于這些地層中均含有大量的砂礫質(zhì)成份，故要求刀具必須具有良好的耐磨性，本工程所選用的刀具均在其表面堆焊了硬質(zhì)合金，以增強(qiáng)其耐磨性，此外在刀盤(pán)上布置了周邊滾刀、先行刀（亦稱(chēng)撕裂刀）和割刀三種主要刀具（保護(hù)刀、超挖刀除外），針對(duì)不同的巖土，以提高刀具的破土效率和使用壽命。正確、規(guī)范操作盾構(gòu)，對(duì)刀具的使用壽命亦有相當(dāng)大的影響，特別是在地質(zhì)情況比較特殊或地質(zhì)發(fā)生突變的情況下，盾構(gòu)司機(jī)應(yīng)能及時(shí)調(diào)整操作方法和相關(guān)施工參數(shù)，使盾構(gòu)的運(yùn)作處于平穩(wěn)、良性狀態(tài)，保證各運(yùn)行參數(shù)在盾構(gòu)本身允許的范圍內(nèi)合理波動(dòng)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，施工中應(yīng)特別注意刀盤(pán)扭矩、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、油溫和出土土溫、掘進(jìn)速度等施工參數(shù)的變化，并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證各參數(shù)處于正常范圍并使之相匹配。
4、在購(gòu)物公園站～香蜜湖站區(qū)間隧道施工中，采用礦山法處理球狀風(fēng)化巖，并形成初襯隧洞，然后盾構(gòu)穿越初襯隧洞并拼裝管片形成最終隧道，在國(guó)內(nèi)則是首例。
5、施工效果
通過(guò)及時(shí)、動(dòng)態(tài)地掌握信息，對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，使羅雨干渠主體結(jié)構(gòu)沉降均控制在10mm以?xún)?nèi)，保證了羅雨干渠的正常使用和運(yùn)行安全。購(gòu)物公園站～香蜜湖站區(qū)間隧道沿線(xiàn)的建（構(gòu)）筑物變形均控制在合同和有關(guān)規(guī)范的允許范圍內(nèi)，其中電纜隧道、別墅群和東座酒家的沉降均控制在1cm左右，其它沿線(xiàn)地表沉降亦控制在3cm以?xún)?nèi)。
本文提到的一些施工方法和技術(shù)措施，可作為在南方復(fù)合地層中進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工的借鑒，但我們的認(rèn)識(shí)還存在諸多不足之處，望各位專(zhuān)家多提寶貴意見(jiàn)。
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