摘要：全風化花崗巖地層中的掘進管理是盾構法隧道施工中一項非常重要的工作。所采取的施工措施是否適當對盾構掘進的順利開展起著至關重要的作用。本文對南方某市地鐵三號線盾構區間在以全風化花崗巖為主，夾雜粘土的復合地層中掘進時遇到的問題及解決措施進行分析介紹，為類似工程提供參考。
　　關鍵詞：全風化花崗巖地層，泡沫，膨潤土液，渣土改良
　　一、概述
　　某市軌道交通三號線［XX站北～XX廣場站］盾構區間土建工程，在盾構機空推過中間風井重新始發后，掘進情況即出現異常：推力增大（1500t-1800t），刀盤工作油壓增高180bar-260bar，掘進速度很慢1~8mm/rpm,而且刀盤經常被卡和出渣困難。為保證地面不產生大的沉降，又不得不保持較高的土倉頂部壓力，于是掘進情況始終非常困難，給項目部的生產帶來諸多不便。
　　二、工程地質和水文地質條件（論文網）
　　工程地質：右線隧道穿過地層以〈6H〉為主，其中中部以殘積土層和全風化土層為主，北部隧道頂部出現了含水砂層。巖石全風化帶：按巖性分為兩個亞層：花崗巖全風化帶(γy3)，巖石風化強烈，巖芯呈堅硬土狀，呈灰黃、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結構，遇水易軟化及坍塌，厚度0.60～19.30m，分布廣泛，代號為“<6H>”。硬質變質巖全風化帶(Z)，巖石風化強烈，巖芯呈碎斑狀，呈棕紅、灰白、肉紅、暗紅等色，中粗粒結構，遇水易軟化及坍塌，厚度0.80～6.70m，分布廣泛，代號為“<6Z-2>”。
　　水文地質：地下水位埋深0.30~3.50m。本段地下水主要為第四系的孔隙水及基巖裂隙水，第四系孔隙水主要賦存在沖洪積砂層及海陸交互相砂層中，砂層分布廣泛，厚度大，賦水條件好，屬中等透水，砂層滲透系數為3.43~5.14m／d，透水性不均。淤泥、淤泥質粉土、粘土、殘積土，具微弱透水性，透水性差。基巖強及中風化巖裂隙發育至較發育，其透水性稍大，滲透系數為0.11~0.65m／d�？偟膩砜�，場地地下水豐富，平均每100m基坑涌水量約216.3m3／d。本標段地下水對鋼筋混凝土為無或弱腐蝕性。
　　三、掘進困難的原因分析
　　1、刀盤及中心回轉體上有泥餅
　　刀盤表面的刀具，如滾刀、刮刀和齒刀被完全包裹。正常情況下由刀具破入地層刮下土體，這時卻變成了刀盤整個表面和地層摩擦，必然需要更大的掘進推力和增加刀盤工作油壓。中心回轉體上的泥餅使得刀盤運轉阻力增大和渣土流動不良無法及時排出也必然使得掘進情況變壞。見下圖
　　
　　2、選擇的掘進模式不當
　　本盾構工程采用的是廣州海瑞克隧道機械有限公司制造的EPB土壓平衡盾構機。掘進中為保證地層壓力和倉內壓力的平衡，確保地表穩定和地面建筑物的安全，選用了倉內填滿渣土維持土壓的辦法，即以實土壓模式掘進。但由于倉內土壓較高，全風化巖層的顆粒之間及其和刀盤表面之間缺少潤滑和冷卻，摩阻力大且長時間掘進后易產生高溫。這樣一來，既導致掘進過程中刀盤工作油壓很大，電機過載而經常跳閘；又造成地層中的粘土受擠壓后和顆粒狀的全風化巖層在倉內高溫的作用下于刀盤表面上、土倉內壁及中心回轉體上形成泥餅，引發出渣不暢、推力增大、扭矩過高、速度緩慢的不利情況。
　　3、渣土改良效果差
　　1）在發現向土倉內注水的4長管路中有3條堵塞后未能及時處理，導致加入的工業水數量不足，導致倉內渣土不能及時被水浸潤而降溫和變軟，在不斷擠壓和高溫的作用下巖石顆粒和粘土成塊狀并附著在刀盤表面、倉壁及中心回轉體處，刀盤轉動時相互間的摩擦會產生很大的阻力。
　　2）作為添加劑注入的膨潤土液未完全發酵，其靜止流限和運動流限未達到發揮作用所要求的限值。造成的原因主要是在臺車上的漿斗內攪拌發酵時間不足。
　　4、發泡系統有故障
　　1）在發現向刀盤前方注泡沫的管路有一半堵塞后未能及時處理，導致添加劑注入位置不均勻和注入量不足。這樣，渣土在與足量的添加劑混合之前，即由散狀體改良為流塑體，便進入了土倉。
　　2)發泡系統管路打出的泡沫效果不佳，起泡較大、起泡不充分且液體較多。見下圖
　　
　　3）發泡系統的參數設置不合理，不適用于花崗巖全風化地層中的掘進。
　　四、應對措施
　　1、壓氣作業進倉清除泥餅
　　在保壓模式下，人員進倉清除刀盤表面及倉內中心回轉體上的結硬泥塊。清除后的刀盤見下圖：
　　
　　2、選擇適當的掘進模式
　　考慮到隧道通過地層為以全風化為主，夾雜粘土，可將掘進模式由實土壓改良為氣壓、土壓相結合的掘進模式，即倉內留置一定量渣土，同時通過氣壓維持土倉頂部壓力，使之維持在設定范圍內。這樣既能保證地表穩定、減小沉降，還能減小盾構機的前進阻力和刀盤轉動摩擦力，起到降低總推力、減小刀盤工作油壓和提高掘進速度的作用。
　　3、加強渣土的改良
　　1）加大倉內工業水的注入量。停機打通2條堵塞的注水管路，保證4條注水通道的正常工作。
　　2）將倉壁上3點和9點位置的預留口位置改為膨潤土液的注入通道，這樣注入的膨潤土液能及時浸潤進入土倉的渣土，同時通過攪拌棒的攪動與倉內土體充分拌合，使渣土從散狀土體改良為溶膠狀流塑體，從而增加土體的流動性。這樣就能減小倉內土體與刀盤及倉壁間的摩擦力，降低刀盤扭矩。
　　3）提前拌制膨潤土液，確保充分發酵后再使用。
　　4、修復發泡系統及選用優質發泡劑
　　1）利用設備維修保養時間，使用高壓油打通刀盤表面上堵塞的泡沫注入孔，保證8個注入孔均可用。
　　2)選用優良的CONDAT發泡劑，保證能產生足量、細密、穩定的泡沫。見下圖
　　
　　3）有針對性的調整泡沫系統設置參數，使之適用于全風化地層中的掘進。
　　五、調整后的掘進情況
　　從以上四方面采取措施應對后，掘進情況明顯改善�？偼屏ο陆档�800t～1200t,刀盤工作油壓下降到120bar～180Bar，速度增加到20～30mm/min，倉頂壓力保持在1.5bar。這樣一來，易于保持倉頂壓力的穩定性，盾構機的工作狀況明顯改善，不再出現卡刀盤的現象。同時，從螺旋機出來的渣土不再是燙手的塊狀硬質擠壓體，而是易于帶出的流塑體。見下圖：

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