第2期（总第215期）2021年4月
CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
Ｎｏ．２ （Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２１５）
Ａｐｒ． ２０２１
朱 建 辉
（中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300350）
广州市轨道交通L18和L22施工总承包土建施工工区主要有1个车站、1个中间风井和2段盾构区间，分别为：祈福站、祈番中间风井、祈福站—祈番中间风井盾构区间、祈番中间风井—祈番盾构始发井盾构区间。工区线路总平面见图1。
祈福站
中间风井
盾构始发井我的死亡谁做主
图1 工区线路总平面图
其中，祈福车站长450.8 m，沿市广路设置，祈番中间风井结构长90 m，祈福站—祈番中间风井盾构区间长2.40 km、祈番中间风井—2号盾构接收井区间长2.51 km。本工区为残积相台地，番禺广场站—祈福站区间地形略有起伏，相对高差不大，地段地面高程为7.30~24.23 m。L18和L22盾构区间穿越不良地质主要有上软下硬地层、富水粉质黏土层、基岩凸起及孤石。地质情况为下部花岗岩层、局部中风化花岗岩层以及上部为全风化花岗岩、局部中细沙层。本工区盾构区间施工采用4台 收稿日期：2020-04-26
基金项目：重庆市自然科学基金资助项目（cstc2018jscx-mszd×0071）
作者简介：朱建辉（1983—），男，工程师，本科，主要从事轨道交通工程、桥梁工程施工及物资设备管理工作。
摘要：广州市轨道交通L18和L22区间盾构需要穿越上软下硬地层、富水粉质黏土层、基岩凸起及孤石等各种不良地层，施工难度和风险均较大。针对各种不良地层，分别采用有效施工控制技术，保证盾构顺利穿越各种不良地层，实现盾构施工进度、质量与安全目标。研究成果对今后在复杂地层中应用
复合式土压平衡盾构机类工程具有参考价值。
关键词：盾构掘进；不良地层；上软下硬地层；粉质黏土地层；基岩凸起；孤石 中图分类号：U455.43 文献标识码：B 文章编号：1004-4655（2021）02-0113-04
DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2021.02.029
复合式土压平衡盾构机。1 盾构施工存在的重点及难点1.1 上软下硬地层掘进
在L18和L22盾构区间均有多段上软、下硬地层。盾构区间线路地质主要为花岗岩层和泥质粉砂岩，局部有强风化砂岩层及少量黏土层侵入断面。硬岩段岩面线凹凸起伏，盾构机在进入、脱离硬岩地层时，面临上软、下硬的不均匀地层。在上软、下硬地层中掘进，刀具磨损、磕碰以及偏磨比较严重，降低盾构掘进效率，影响工程进度。同时，也可能发生盾构机偏移、卡机、曲线推进，造成管片破损、盾构机损坏等问题[1]。1.2 粉质黏土层掘进
盾构机刀盘中心区开口率低，穿越L18和L22粉质黏土层时，在刀盘尤其是中心区部位极易产生泥饼。一旦泥饼产生，形成堵仓、喷涌等现象，增大刀盘转动负荷，排土不畅导致刀盘停止转动；引起土舱内温度升高，降低主轴承密封寿命，严重时会导致主轴承密封老化、破坏[2]。1.3 基岩凸起及孤石地层掘进 结合区域地质资料，L18和L22盾构穿越线路部分花岗岩。由于该地区气候温暖湿润，在花岗岩地区中～微风化球状孤石易于发育。在不同深度、不同地貌单元的残积土层中均有可能发育孤石，具有发育和分布规律不明显现象。孤石会导致隧道中
心线偏移、管片破损以及盾构机卡机、损坏等诸多难题。
2 施工对策
2.1 盾构下穿上软、下硬施工方案
地质勘探显示在YCK036+529.2~YCK036+746.7、YCK039+458.3~YCK039+715.2等盾构区间段地层条件为上软下硬。左、右线上软下硬区段长度分别为1 139.4 m以及1 140.5 m，为克服盾构机在上软、下硬地层中掘进出现的问题，采取如下所述控制措施。
1）沉降超限控制措施。对上软、下硬地层掘进时的地面沉降，主要采取措施包括：施工前期充分做好地质勘探工作，通过地质钻孔确定地层起伏交界面，利用勘察地层资料确定其长度及位置；上软、下硬地层多位于岩土交界面处，根据隧道洞身所处地形，预测不同地段地下水影响，指导掘进施工；根据地层特征合理选择盾构机刀盘，保证刀盘形式、布置及刀具类型与开挖地层相适合。综合本工程特点，工程采纳刀盘形式为辐条式；施工时，严格控制关键参数，如土舱平衡压力、注浆量以及出土
量等；盾构机通过后，根据深层土体变形及地表沉降观测情况，及时判断地层损失率，并通过地面注浆、洞内二次注浆等措施进行补救。
2）盾构机掘进姿态控制措施。在同一横断面存在软硬差异较大地层时，会造成盾构机刀具异常磨损、盾构机发生卡机或轴线偏移，对隧道轴线控制造成不利影响。此时主要采取以下控制措施：掘进前对上部软弱地层进行地表注浆（有地面条件时）或洞内注浆，实现掌子面全断面均匀受力，有效避免盾构机刀盘变形。同时，适当降低掘进速度，使坚硬岩层能够被盾构刀盘充分破碎；充分利用盾构机铰接千斤顶，通过改变刀盘倾角达到对硬岩部位加强切割的目的，从而有效控制盾构掘进过程中的轴线[3]；利用现有盾构机进行适应性改造，有针对性地安装加强型滚刀，在刀具布置上，减少边缘滚刀间距，增加其数量，有效提升边缘破岩能力；根据导向结果确定短期内掘进速度，保持开挖速度与掘进速度平衡，避免盾构机因推力过大而上漂；及时更换磨损刀具，防止盾体因开挖直径变小而造成卡机事故；管片拼装点位严格按照掘进线路拟合要求，确保刀盘切削效率；选用性能优异的膨润土、泡沫剂等渣土改良剂。
3）刀具非正常磨损控制措施。主要控制措施包括：合理选择和匹配掘进参数，保证掘进参数只在较小范围内波动。此外，需要严格控制刀盘正、反向旋转时间，避免单侧刀具磨损过度；提升渣土改良效果，并与掘进效率相匹配；合理选择性能优异的刀具，刀具选择应适合掘进地层；刀盘转速、掘进速度等关键参数与地层相匹配，贯入度以25~30 mm/min为宜；在软硬不均地层掘进施工时，及时更
换磨损较大的刀具，换刀频率按预估开挖延米经验值的2/3进行控制。
2.2 盾构下穿富水粉质黏土层施工方案
在存在富水粉质黏土层的盾构区间，如YCK037+948.4~YCK038+008.0、YCK040+895.5~ YCK041+161.7等区段，盾构机在黏性土层中掘进时易出现结泥饼现象，需通过采取如下措施加以避免。
1）盾构机在黏性大的地层中掘进时，时时关注掌子面地质情况及盾构机刀盘工作状态[4]。
2）优化盾构机选型，为避免在黏性土层掘进时出现泥饼现象，刀盘型式采用复合式；开口率为34％；刀具为4把中心滚刀，44把正面和边缘滚刀，齿刀88 把，铲刀72把。
3）鉴于L18和L22盾构采用土压平衡模式掘进，掘进过程中需有效控制土仓压力，以免因土仓压力过大使渣土中的水在压力作用下排出而导致渣土黏结在刀盘上。土仓压力P值主要与地层土压力、静水压力相平衡。假定刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，本工程中P取值为P＝K×P0，K 为1.0~1.3。
4）为防止土舱内温度过高，需采用冷却措施降温。密封土舱饱满情况下，杜绝长期停机，时时注入泡沫剂于土仓内，保盘处于经常转动状态。
5）若泥饼产生，需及时采取相应对策，必要时可通过人工进行泥饼清除。必要情况下，可在土仓内加入分散剂，或者将泡沫注入螺旋输送机内，以改善土仓内渣土结构，增加其流动性，利于排出渣土。针对YCK040+956.3~YCK040+960.4段出现结泥饼现象，现场通过在刀盘背面和土舱隔板上设空心搅动棒，强化增加搅拌强度，通过土舱隔板空心搅动棒内预留注水孔注水，清洗刀盘和土舱的方式顺利解决该难题。
2.3 盾构区间穿越孤石或基岩凸起段施工方案
1）盾构施工前，地质勘探显示YCK037+300.0~YCK037+817.2、YCK038+462.0~YCK038+624.8盾构区间段为基岩凸起段和可能存在孤石段落。开工前，组织地质专家、盾构专家会诊，召开孤石和基岩凸起勘探及专家专题研讨会，出对策，并按专家意见指导施工。
血沉方程k值
2）在孤石以及基岩凸起的YCK037+300.0~ YCK037+817.2、YCK038+462.0~YCK038+624.8区段，盾构掘进时需要实时监测刀盘伸缩油缸及推进油缸的推力变化、土舱压力、出碴量以及盾构机姿态等参数。一旦相关参数出现异常，及时进入土舱进行检查，以判断是否存在孤石和基岩凸起，并确定与刀盘相对位置关系，确保刀盘受力均匀，变形可控。
接触到孤石或者凸起基岩，盾构机掘进速度显著放缓，此时需强化注浆管理，避免超挖及控制出碴量。此外，鉴于在该类地层中刀具破坏常常表现为刀圈偏磨、崩断，刀盘、刀座变形等[5]，进入该特殊地段后，刀盘转速采用1.0~1.5 rad/min 中等转速，同时通过扭矩及贯入度双向控制采用较小推力，使碎石能够被刀具充分碾压破磨。控制刀盘转速可以防止因冲击力过大而导致刀圈崩断、偏磨；控制推力可以有效控制刀座、刀盘变形。
3）掘进速度非常慢或孤石较大随刀盘一起滚动的情况下，可以对刀盘前方土体进行超前预加固处理。孤石判断与处理程序见图
年降水量
2。
图2 孤石判断与处理程序
YCK037+300.0~YCK037+817.2盾构区段零星范围存在较大孤石和基岩凸起，综合采用人工进仓排除、地面冲孔桩处理方式以及竖井方式破除。对于YCK038+462.0~YCK038+624.8较大范围基岩凸
起，根据地面预处理条件采取不同处理方法。
（1）YCK038+462.0~YCK038+538.4及YCK 038+ 587.4~YCK038+605.3区间地面没有预处理条件，现场选择具备超前加固设备盾构机投入施工。先从洞内进行地层超前加固，盾构机采用类似全断面硬岩地段掘进工艺进行施工。超前注浆孔环向间距1.2 m，注浆角度9°，注浆孔与刀盘间距2.5 m，刀盘前4环管片区域内进行注浆，浆液扩散半径1.3 m。循环注浆在每掘进4环后进行，注浆材料使用普通
水泥-水玻璃双液浆，浆液配比为W :C =0.8:1.0~1.0:1.0（质量比），浆液密度为1.38~1.44 g/cm 3，注浆压力取值为0.2~0.3 MPa。超前注浆加固地层流程见图
3。
图3 超前注浆加固地层流程图
（2）YCK038+538.4~YCK038+587.4及YCK038+ 605.3~YCK038+624.8区段地面具备预处理条件，现场采用深孔爆破方式进行预处理后，盾构机掘进通过。选用导爆管作为起爆，毫秒导爆管作为孔内，作为，标准直径为32 mm。钻孔直径90 mm，下放PVC 套管（直径75 mm），选用垂直钻孔形式布眼，炮孔间距0.7 m，钻孔深1.2~1.8 m。以地面处理方式对硬岩突起地段进行深孔预处理爆破，严格控制爆破后的碎石单边长度
小于30 cm。爆破完成后，通过布置一组取芯孔检验爆破效果，取芯孔在约每8 m 2爆破区域内布置。同时，取芯参数需根据取芯情况实时调整。地面监测工作在盾构掘进通过该爆破段时需加强监测，并采用注浆加固应急措施[6-7]。在盾构机通过爆破区域后，为避免因盾构掘进以及爆破双重扰动作用导
致产生地下孔洞，需通过补浆处理爆破区域地面。3 施工成效
盾构施工过程中，通过合理选择及控制各千斤顶行程量，使盾构掘进轴线始终在容许偏差范围内。监
科学学与科学技术管理测发现，隧道平面、高程偏差造成隧道轴线折角变化始终控制在0.3%以内。此外，在孤石或基岩凸起段施工，采用合理的孤石、基岩处理方法，为盾构顺利掘进提供保证。最终，现场各区段变形监测结果显示，最大沉降均不超过15.6 mm，满足轨道交通工程施工量测数据管理标准[8]。同时，采用本文提出的施工控制技术确保整个盾构施工期间未发生安全、质量事故，设备、人员窝工费用损失得到有效控制。实际人工费按照26万元/月、设备折旧费按照36万元/月计算，在上软、下硬地层中粉质黏土层掘进、基岩凸起掘进及孤石地层掘进分别节省工期66 d、42 d以及55 d。采用施工控制技术节约成本明细表见表1。
表1 节约成本明细表
项目
节约成本明细/万元
人工费设备折旧费
上软、下硬地层57.268.6
粉质黏土层36.443.7
基岩凸起及孤石地层47.757.2
合计141.3169.5
总计310.8
由表1可见，本施工控制技术在上软、下硬地层中粉质黏土层掘进、基岩凸起掘进及孤石地层掘进共节省人工费、设备折旧费分别为141.3万元和169.5万元，总计节省费用310.8万元，取得良好的经济效益，并实现施工进度、质量控制以及安全生产的目标。
4 结语
广州市轨道交通L18和L22盾构区间需要穿越上软下硬地层、富水粉质黏土层、基岩凸起及孤石地层，盾构施工面临较大挑战。针对各种不良地质条件地层，分别采用相应、有效技术措施，保证盾构顺利穿越各种不良地质条件地层，实现盾构施工进度、质量控制与安全生产目标。这对今后在复杂地层中应用复合式土压平衡盾构机类工程具有一定参考价值。
参考文献：
[1] 连长江，李建平.盾构始发端头的硬岩处理技术探析[J].现代隧道
技术,2014(2):140-146.
[2] 刘建国.深圳地铁软硬不均复杂地层盾构施工对策[J].现代隧道
技术,2010(5):79-84.
[3] 周明军.混合地层盾构掘进机选型及推进控制研究[D].石家庄:
石家庄铁道大学,2016.
[4] 赵自强.特殊地段的盾构施工技术措施[J].西部探矿工程,
2006(9):165-166.
[5] 付元丰.地铁盾构隧道遇孤石、基岩凸起的地下爆破处理技术[J].
建设监理,2018(9):94-96.
[6] 邹振辉.复合地层盾构施工技术及质量管理研究[D].西安：西安
建筑科技大学,2015.
[7] 杨雄飞，袁鸿.广州地铁3号线孤石地层的探测及处理[J].建筑机
械化,2011(6):73-76.
[8] 姚宣德，王梦恕.地铁浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准
的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2006(10):2030-2035.
表2中，2套参照软件对冒顶塌方事故和机电及人身伤亡事故的评估特异性略高，但对水灾和火灾事故的特异性较低。反观模型法，对所有事故风险的评价结果，特异性均达95%以上，甚至对冒顶塌方事故风险的评估结果达99.1%，而对水灾事故的评估结果达95.0%，具有其合理性。
5 结语
该模型法并未在基础算法上进行大数据工程革新，而是对既有算法进行数据分析技术整合，实现更高、更精确的算法效能，是该模型法的核心创新点。其整体形成一个模糊神经网络支持的模糊证据推理的算法模型，对4个输出指标使用加权累加法形成整体评价指标。通过基于真实数据的验证分析，模型法在确保数据敏感性不变的前提下，使评价特异性大幅度提升，从10%提升到95%以上，进一步证明模型法具有一定的领先性。
参考文献：
[1] 张翾，刘鑫鑫. 基于概率统计理论的公路隧道大变形风险评估方
法研究[J]. 公路,2020(8):372-379.
[2] 雷银，黄晓初. 跨海桥隧枢纽人工岛施工总体风险评估体系研究
[J]. 科技和产业,2020,20(7):134-138,170.
[3] 刘玉贤，谢忠球. 隧道穿越煤系地层的施工风险[J]. 湖南城市学院
学报(自然科学版),2020,29(4):11-14.
[4] 池传树. 基于模糊层次综合评价法的地铁区间盾构施工安全风险
评估[J]. 福建建材,2020(7):1-4.
[5] 翁祖泽. 隧道工程风险管理分析[J]. 四川水泥,2020(7):204,206.
（上接第112页）
ca3308
ABSTRACTS
Construction of Railway Tunnel Construction
Risk Assessment Model Based on Fuzzy
Evidence Reasoning
WANG Shuang-mao
(China Railway 12th Bureau, Xiangyang 441000,
China)
Abstract: Research on the risk assessment model of railway tunnel construction based on fuzzy evidence reasoning, which is a fuzzy neural network with weighted index model. The data fuzzing of the fuzzy neural network uses the data projection method, the normalization method, the de-dimensional method & other pre-fuzzy algorithms to form 14 Double format data and input them into the multi-column neural network; to use 4 relatively independent defuzzification module to analyze the data, and to form the evaluation results for 4 specific accident risks. Use the weighted index method to integrate the 4 indexes to form an overall evaluation index. The weighted index method is used to integrate the 4 indexes to form the overall evaluation index. Through the simulation analysis of real data, compared with the 2 sets of molding software commonly used in the technical field, the
evaluation specificity is improved from 10% to more than 95% on the premise of the same evaluation sensitivity.
Keywords: fuzzy evidence reasoning;
fuzzy neural network;
construction risk assessment;
railway tunnel construction;
data analysis algorithm Construction Control Technology of Shield Tunneling under Various Unfavorable
Geological Conditions
ZHU Jian-hui
(Municipal Engineering Co., Ltd., China Railway 18th Bureau Group, Tianjin 300350, China)
Abstract: Guangzhou rail transit L18 and L22 section shields need to traverse various unfavorable fo
rmations, such as upper soft & lower hard stratum, water-rich silty clay layer, bedrock uplift and boulder, which are difficult & risky in construction. For various unfavorable stratums, effective construction control technologies are adopted to ensure that the shield machine can pass through various unfavorable stratums smoothly and achieve the goals of shield construction progress, quality & safety. The research results have reference value for the future application of composite earth pressure balance shield machine engineering in complex stratum.
Keywords: shield tunneling;
bad stratum;
upper soft & lower hard stratum;
silty clay layer;
bedrock uplift;
boulder
Application of Low Energy Dynamic Compaction Combined with Vacuum Well Point Dewatering in Foundation Treatment
象王董事长儿子XUAN Xiang-yang
(Shanghai Survey Design & Research Institute [Group] Co., Ltd., Shanghai 200093, China)
Abstract: Aiming at the soft foundation site formed by hydraulic filling in coastal areas, the use of low-energy dynamic compaction combined with vacuum well point dewatering is a more widely used foundation treatment method. It has obvious advantages in terms of foundation treatment effect, comprehensive cost and construction period. Some site in Laogang Town, Shanghai was filled by hydraulicfilling, and the consolidation settlement has not yet been completed. According to the design requirements, the thickness of the backfilled earth is about 3.0 m during the foundation treatment. Analyzing the monitoring results during the site foundation treatment & the testing results after the foundation treatment, it shows that the foundation treatment method of low-energy dynamic compaction combined with vacuum well point dewatering has a very significant effect on the silty soil reinforcement, which can be used as reference for similar projects.
Keywords: foundation treatment;
dynamic compaction method;
vacuum well point dewatering;
monitoring;
detection
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议