wgf-强差异风化强差异球状风化地层预处理盾构隧道施工技术.doc

附件1：（一式三份）
2012年度总公司科技研究开发计划课题申请表
项目名称盾构水平穿越古桥河流保护技术单位名称中铁十一局集团有限公司单位地址湖北省武汉市武昌区中山路347号邮编430071申请人姓名性别年龄职称电话申请经费（万元）起始年度结束年度专业类别隧道及地下工程组项目性质A-重大研究内容提要昆明地铁三号线省博物馆站~文化宫站盾构区间，出省博物馆站后，沿东风西路敷设，向东下穿正义路口、近日隧道、南屏街、到达东风东路、下穿护国路口、青年路口，穿越盘龙江及江上的南太桥到北京路交叉口附近连接文化宫站止。
盘龙江与区间隧道正交，相交区间隧道中心里程YDK15+785。盘龙江河道宽35m，河床深约8m，河流流向由北至南。2010年3月中铁二院对南太桥盘龙江地质进行勘察，勘察在旱季，该河水深1～2m，水位高程1886.726m，流量较小，水流缓慢。
南太桥与隧道区间平行，南太桥始建于1952年，原基础情况不明，推测为石砌拱桥，1978年后扩建的桥桩为250×250钢筋混凝土预制桩，桩长约5.5米，承台2米高，承台顶标高为1889.5米，桥面高程为1896.5米。现区间隧道采用高程为1987年昆明城建高程，实测桥面高程为约1892.6米。盾构区间下穿的南太桥修建于上世纪五六十年代，桩基因修建年代比较早，基础比较陈旧且持力深度较浅，盾构通过时有可能会因为喷涌、超挖造成基础的不均匀沉降，最终影响桥体的安全。
因此，本课题以昆明市轨道交通3号线二工区土建工程为依托，围绕盾构水平穿越古桥河流保护技术展开，针对本工程的以上特点和难点，通过示范、验证、研究和总结提炼，掌握盾构安全有效快速的穿越古桥和河流技术，通过数值模拟与理论计算分析，结合现场实践经验，研究古桥保护支架的稳定性分析，优化掘进时保护措施等。研究成果有望为以后同类工程的建设提供借鉴与指导。

申报单位审查意见：盖章2013年3月6日一、国内外现状1、球状风化体研究
在国外，RUXTON和BERRY对香港地区的花岗岩球状风化现象进行了长期的调查和研究，并将花岗岩球状风化的形成过程分为孤石阶段一碎砂砾阶段一高岭土阶段一红土阶段，将风化球体划分为未风化—强烈锈染—弱锈染、弱锈染—强锈染—弱锈染、弱锈染—未锈染—强锈染—弱锈染三种形式，并认为随着风化作用的进行风化球体外部物质逐渐被剥蚀和淋熔掉，风化球体因此越来越小；BROCK教授在对香港地区花岗岩球状风化现象进行分析时则主要采用化学分析手段，从元素迁移的角度对球状风化的形成机理进行了研究，并指出花岗岩的风化与主要矿物的抗风化能力及矿物的相对含量是有十分重要关系的。
郭庆华，李彦提出了盾构穿越球状风化体的措施有:加强对可能存在孤石的沿线区域进行补充地质勘探，减少勘探点间距，尽可能的将孤石的存在范围及大小形状等在推进前确定下来，一旦在推进过程中遇到孤石，立即停止推进，并锁定千斤顶，防止盾构机后退;在推进过程中遇到孤石，可通过开仓的方式将其人工处理掉，具体的做法可采用洞内静态爆破、炸药爆破以及特殊工具(液压分裂机)将孤石清除;采用无压方式开仓处理前，应当对掘进面土体进行加固后再开仓，确保开仓的安全;可从地面钻孔爆破或冲孔清除;优化掘进参数，包括推力、刀盘转速、土仓压力、泡沫剂加量等;经常性进行刀具检查和更换。古力通过岩土受力分析得出了盾构机破碎孤石的条件，认为孤石直径埋深越大，岩石强度与周边土体强度相差越小，孤石越容易被破除。并提出了对孤石周边风化土层进行地面或洞内预加固，以提供盾构机破岩和人工破岩的条件;洞内静态爆破或火药爆破孤石;地面钻孔爆破或冲孔破除孤石:压气作业条件下人工破除孤石的措施。靳世鹤提出了对开挖面前方进行加固处理后，进舱在孤石中间打孔，采用高压空气或液压锤进行孤石破碎处理;在土仓中，通过压气稳定开挖面，然后进舱在孤石中间打孔，采用高压空气或液压锤进行孤石破碎处理。
2、开挖面稳定与破坏研究现状
盾构隧道技术已成为近年来城市地下工程施工对周围地层扰动最小的施工方法，但由于地质条件和施工工艺的限制，尤其是渗流作用下多层土的复杂地质条件下，很难避免盾构推进对周围环境的扰动，当隧道开挖面失稳破坏时，导致地面塌陷，造成过大的地面沉降，给周边的环境带来了很大的破坏，严重地影响了施工进度和施工工期，造成巨大的经济损失，同时也妨碍了交通的正常运行，极其严重地影响了人们的生活。在广州地铁，深圳地铁，南京地铁的施工过程中都曾经发生过开挖面失稳。在国外，日本这方面事故较多，而这种环境的破坏主要取决于盾构隧道法施工开挖面的稳定性。为此盾构掘进过程中开挖面稳定性的研究将会越来越受到重视。然而目前，国内盾构支持力的确定仍然处于过分依赖工程经验的阶段，对盾构施工开挖面稳定性研究在国内相对较少。因此，盾构隧道开挖面