强风化千枚岩层中土压盾构施工渣良分析
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摘要：盾构机在不同地质岩层中掘进时，刀盘前土质改良效果的好坏直接影响着工程的施工质量和进度。在盾构始发掘进前，做好渣良技术分析，从分析结果中确定施工参数，为类似地质结构盾构施工提供技术支持。
中图分类号：TE42 文献标识码：A
1、引言
近年来，地铁盾构法施工依其诸多优势在城市地铁隧道中越来越受欢迎，盾构法施工采用主要的机械设备为盾构机，盾构机在土体中穿行时，会切削刀盘前土体，破坏其稳定性，切削下的渣土会流入土仓，通过螺旋输送机和皮带将渣土送走，如果切削下的渣良效果差，土的流动性不好，就会增加盾构机的负荷，严总影响施工进度。所以做好渣良分析，优化施工掘进参数，对整个盾构施工来说尤为重要。
本文依南昌地铁1号线土建一标为平台，通过对双港站～蛟桥站上行线盾构区间掘进参数进行统计，分析了解区间掘进渣良实验的效果，有效的预测出不同地层外加剂的参量，从而制定出一套完整正确的施工参数，对今后的盾构施工掘进起到积极有效的作用。
2、工程概况
南昌市轨道交通1号线一期工程土建一标工程包括两站两区间，区间隧道为双线双洞圆形断面，两线中心宽度约13.4m，采用盾构法施工。
双港站～蛟桥站上行线区间起止里程SX0+320.277，终止里程SX1+399.102，其全长1059m，共计888环，直线段长519m，曲线长540m。隧道最大覆土厚15m，最小覆土厚4.6m。区间最大纵坡为26‰，最小转弯半径为R=380m。区间建筑物较少，主要为废弃铁路路基。
3、工程地质、水文地质概况
盾构区间掘进地层主要为强风化千枚岩和中风化千枚岩，略带石英条，千枚岩岩层较软，遇水易软化，地质层中水的渗透系数较小。区间地质水位较低，水量较少主要为孔隙水和裂隙水，便于施工掘进。
根据《区间地质勘测报告》勘探深度内，下伏基岩为前震旦系双桥山群（Ptsh）褐黄、灰绿、紫红色千枚岩和青灰色千枚状板岩，为软质岩，全、强风化强烈，风化厚度变化大，节理裂隙发育。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为①1杂填土、①2素填土、④1粉质粘土、⑥1全风化千枚岩、⑥2强风化千枚岩、⑥3-1中风化上段千枚岩、⑥3-2中风化下段千枚岩、⑦3中风化千枚板岩。查阅相关资料对本区间掘进穿越的主要岩土的物理性指标进行了总结如下：
主要物理性指标如下
代号 地质岩层 地基承载力特征值（kpa） 天然重度（kN/m3） 凝聚力（kpa） 渗透系数（cm/s）
⑥1 全风化千枚岩 200 18.5 39 4×10-6
⑥2 强风化千枚岩 280 18.7 45 3×10-5
⑥3-1 中风化上段千枚岩 650 21.5 120 6×10-5
⑥3-2 中风化下段千枚岩 850 22.1 170 1×10-5
通过对本区间的四种主要岩土物理性指标统计发现，⑥1全风化千枚岩最软，渗透系数最小，⑥3-2中风化下段千枚岩相对较硬，渗透系数相对较大。本区间DZ012盾构机滚刀的刀圈采用的为：标准钢刀圈，适用于掘进硬度在50~150MPa的岩层，所以此地层盾构机掘进相对较顺利。
4、渣良实验
4.1、外加剂的选择
根据区间地层，选择泡沫剂做为渣良外加剂，泡沫剂的主要特性和适用范围如下：
外加剂名称 特性 使用范围 优点
泡沫剂 PH值7.3～8.0粘度:0.003～0.2 Pa•s 粘土～砂(卵)砾石地层 输送和使用便捷，消泡后渣土能恢复原来状态
4.2、实验过程
渣良实验，原材的选择尤为重要，为了真实反映改良效果，在车站开挖时选择距离地表7~8m的土进行实验，根据施工经验泡沫注入率按20%控制，泡沫剂的掺入比cf分别为1%、3%、8%，看在三种不同数据下渣良效果。
通过实验结果分析，泡沫剂的掺入比cf=8%的改良土体流动性最好，cf=1%的改良土体流动性最差，综合因素分析，在上行线区间掘进时泡沫剂的掺入比按3%左右控制，可以满足施工需要。
5、数据分析
通过对双港站～蛟桥站上行线掘进数据统计分析，得出了cf与刀盘扭矩、掘进速度之间的关系，为以后区间的盾构施工提供参考和技术支持。
5.1、cf与刀盘扭矩关系
在做cf与刀盘扭矩之间关系时，选取了上行线350环到400环进行数据分析，分析结果如下：
泡沫剂的掺入比较小时，渣土在土仓内的流动不好，导致刀盘扭矩较大，当cf=2.5%时刀盘扭矩趋于平稳。
5.2、cf与掘进速度关系
受地层影响，双港站至蛟桥站上行线区间掘进速度平均在47mm/min，相对比较理想，在不同泡沫剂掺入量的条件下统计了各速度区间环数出现的频率如下:
从上表中分析可知，区间掘进环数大多在40~55mm/min之间，泡沫剂的掺入比在3%左右比较理想，与掘进前渣良实验结果基本相符，在经济条件允许下，适当增加泡沫剂的掺入含量对掘进速度有很大帮助。
6、现场实际情况
双港站至蛟桥站上行线已施工完成，对现场渣良情况进行了统计如下：
泡沫剂原液 螺旋机出渣
渣土坑 坑内渣土
7、结论
在盾构实际掘进过程中，通过对大量的现场掘进数据进行整理分析，结合现场盾构出土土样的变化规律，得出主要结论如下：
1）渣良是盾构施工的一道重要环节，做好渣良工作对后续的盾构施工进度尤为重要；
2）泡沫剂对于千枚岩地层来说，改良效果较好；
3）适当增加泡沫剂的掺入比cf可以减小盾构机的施工负荷；
4）在区间中掘进时，泡沫剂的掺入比cf控制在3%左右时针对强风化千枚岩地层施工较为顺利且经济也比较合理。
参考文献
[1] 《铁路隧道设计规范》. 中国铁道出版社 . 2005
[2] 《工程地质手册》编委会.中国建筑工业出版社.2007
[3]南昌市轨道交通1号线《岩土工程勘察报告》.2010
[4]何鹏、于建军、金耀.盾构施工穿越建筑物沉降规律及施工参数优化课题研究报告.2011
[5] 《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》.中国人民教育出版社.1999