溶土洞发育的灰岩地层中双模盾构掘进技术的研究与应用

                                                 （完成单位：广东华隧建设股份有限公司）

一、研发背景

本课题依据广州市轨道交通九号线[施工2标]土建工程【花都汽车站～广州北站】区间隧道盾构掘进施工，盾构隧道处于溶土洞发育的灰岩地层中（地质勘查见洞率累计为58%），复杂的环境条件对盾构机的适应能力、应急能力、掘进稳定性及其沉降等提出了很高的要求。故盾构机需要能够适应在溶土洞发育灰岩地层掘进的要求，设备性能要求高，确保溶土洞发育的灰岩地区盾构施工安全、施工质量及施工进度。

根据我司十几年盾构机使用的实际经验，以及近年来我司在双模式盾构机的研发制造及施工运用，以双模式盾构机两种掘进模式在施工中的灵活运用以及其组合功能的运用为基础，结合双模式盾构机的切换技术、刀盘刀具的配置技术、溶土洞特殊处理工艺、浓泥浆取石技术以及水垫预警防控等施工技术，很大程度上解决了溶土洞发育的灰岩地质给盾构掘进带来的施工风险和难题，确保盾构在溶土洞发育灰岩地层施工的安全、施工质量及施工进度。

二、关键技术与工艺

根据地质变化情况及地面环境情况，合理选择泥水或土压掘进模式，随时实现安全、快速的切换；选择合理的刀具配置，减少刀盘刀具磨损；采用泥浆应对未知溶洞带来的施工风险；利用浓泥浆辅助螺旋机取出土仓内积压的大块石；天马河段溶土洞和农新排水站处溶土洞分别采用水域岩溶处理工艺和斜孔岩溶处理工艺；天马河深槽浅埋段增设水垫，辅助稳定土仓压力（切口水压）等施工掘进参数。

三、主要创新点

（1）灵活运用双模式盾构机的掘进模式；

（2）选择合理的刀具配置；

（3）泥浆应对未探明溶洞带来的风险；

（4）浓泥浆辅助螺旋机排石；

（5）水域岩溶处理工艺和斜孔岩溶处理工艺；

（6）过河浅埋段增设水垫预警防控。

四、应用效果

溶土洞发育的灰岩地层中双模式盾构机掘进技术以双模式盾构机两种掘进模式在施工中的灵活运用以及其组合功能的运用为基础，结合双模式盾构机的切换技术、刀盘刀具的配置技术、溶土洞特殊处理工艺、浓泥浆取石技术以及水垫预警防控等施工技术研究形成。

灵活运用盾构机的掘进模式，更好的适应盾构掘进施工的需求；合理选择刀具配置，满足盾构机灰岩地区掘进；通过仓内切口水压波动推断未探明的溶洞情况，运用泥浆应急，确保施工安全；使用浓泥浆辅助螺旋机排石，确保施工安全；水域岩溶处理工艺和斜孔岩溶处理工艺解决特殊溶洞处理难题；浅埋处设置水垫进行预警防控，人工增加覆土厚度，提高施工安全性。

该技术是针对盾构机在溶土洞发育的灰岩地区研究出的综合性施工技术，解决了盾构在岩溶发育的灰岩地区中施工出现的一系列的难题，在业内尚属首次，该技术的成功实践，对溶土洞发育灰岩地区的盾构掘进施工有很强的参考和借鉴价值，该施工技术在很大程度上保证了施工的安全、质量和工期。在今后类似的工程施工中定能得到很好的推广和应用。

五、科技成果鉴定结论与知识产权情况

（1）已获得实用新型专利《双模式盾构机》专利号：ZL2012 2 0602041.4。

（2）已经受理的发明专利有三个分别为《盾构机由泥水掘进模式切换成土压掘进模式的方法》专利受理号：201510091385.1；《盾构机由土压掘进模式切换成泥水掘进模式的方法》专利受理号：201510091383.2；《泥水土压双模式盾构机连续切换的施工方法》专利受理号：201510091463.8。