北京地区山前冲洪积扇复杂地层盾构施工技术 摘 要 北京地铁4号线20标盾构隧道位于永定河冲洪积扇,岩石不均匀出露,在掘进过程中遭遇水下、软硬不均岩石地层和全断面极硬岩等不良地质情况。介绍了盾构机在该复杂地层的施工方法及施工中的注意事项。对于复杂地层的盾构施工提出了建议:施工前应详细勘察地质情况,制定合适的掘进参数;做好设备的维护保养,对刀具积极管理;对地面加强监控量测等。 关键词 盾构(隧道);施工技术;冲洪积扇;硬岩 北京地铁4号线20标段位于北京市海淀区,包括颐和园至北宫门盾构区间、北宫门车站、北宫门至龙背村盾构区间。区间隧道共长3 153. 5m,位于永定河冲洪积扇古清河故道。盾构机在此处需要通过基岩埋深相对较浅的地段,且所通过地层比较复杂,基岩面起伏较大,岩体均一性较差,上覆人工杂填土。地层与颐和园昆明湖、清河及京密引水渠有水力联系。盾构隧道下穿中央党校南校区人工湖、建筑年代久远的党校研究生楼、交通繁忙的颐和园路、中央党校北校区南大门。该地段地下管线密集,路面交通繁忙,对盾构机掘进施工要求高,施工风险相对较大。 1 盾构机选型 根据招标文件、初步设计图册和地质勘察报告,对地质断面进行了认真分析,选用了德国海瑞克6. 28复合式土压平衡盾构机。该型盾构机具有广泛的适应性和优良的可靠性,在世界上类似工程领域享有丰富的施工经验和业绩。本标段盾构区间工程地质比较复杂,同时勘察报告中显示在北龙区间还要穿越99 m的中-微风化砾岩,其最高单轴抗压强度达到76. 2 MPa。为此,针对该段不良地质,与海瑞克公司的技术专家进行了若干次技术联络,确定了设备的破岩参数。用于本标段盾构机(设备编号S285)的设计破岩能力为82MPa。其设备性能主要参数见表1。
该盾构机具有如下特点:
(1)采用面板式刀盘,可配备为全齿刀或滚刀与齿刀结合,既可应对黏土层,又可应对强度较高的砂岩和砾岩。
(2)具有良好的防水性能,有完善的盾尾密封系统及注脂系统,可应对盾构机下穿人工湖和地下水丰富的砂卵石及粉细砂地层。
(3)配备了双液注浆系统,可有效应对砂卵石地层和土石混合体地层。
(4)具备土压平衡式(EPB)、半敝开式(Semi-Open)及敝开式(Open)三种作业模式,以适应掘进地层的变化。在黏土、粉细砂、卵石地层,用EPB模式,可防止掌子面坍塌;在砂岩和砾岩地层应用Semi-Open及Open模式,可降低推力、降低能耗、提高效率。
2 盾构机在软土地层的快速掘进
2. 1 软土快速掘进技术
软土的快速掘进主要取决于运输组织。软土开挖可保持60 mm/min高速掘进,开挖的绝对时间约20 min。管片拼装的绝对时间约30 min,列车运行时间约40 min。列车运输利用管片拼装的时间进行;如果运输线路不长,可利用管片拼装的时间完成出渣、装浆和运输管片的作业。这样,掘进速度可达到1环/h,达到快速掘进的目的。
在掘进时,要保证后配套系统的运转正常。常见的故障有以下几种:
(1)列车掉道。解决的办法是加强线路养护,及时清理管片上的泥浆,渣车转向架和车轮及时检修,保证良好的工作状态。
(2)循环水系统故障,工作机构温度超高,导致跳闸停机。要及时清洗循环水系统,保证有效降温。
(3)皮带故障。应加强检修,及时检查滚轮,及时更换故障滚轮,修补受损皮带,损坏严重时及时更换。
(4)龙门吊机故障,渣土不能及时吊出。需对龙门吊及时检修,保证其工作正常。
(5)浆车故障,浆液凝固,导致出浆不畅,搅拌受阻。超过40 min后,浆液很难搅拌,需要及时清理,缩短运输时间,或加入膨润土改良浆液性能[1][2][3]下一页
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