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盾构掘进对砂卵石地层的扰动机理研究
随着城市化进程的加速，越来越多的城市交通、排水和供水工程向地下深挖，并对盾构掘进技术的发展提出了更高的要求。砂卵石地层广泛分布于河床和海底，是一种非常常见的地质条件。然而，盾构掘进对砂卵石地层的扰动机理对于控制地下工程安全和可持续发展至关重要。本文将从盾构掘进的机理和砂卵石地层特点入手，探究其扰动机理，并针对其特殊性探讨安全控制和解决措施，为工程实践提供参考和借鉴。
一、盾构掘进机理
盾构掘进是一种地下隧道开挖技术，其基本原理是利用盾构机在地下推进，同时对地下周边土体进行掘进和支护。整个过程分为推进和支护两个阶段。在推进阶段，盾构机沿隧道水平推进，在其前端利用刀盘掘进并将土体推入机身；在支护阶段，通过喷浆或注浆等方式，对已开挖的隧道四周进行加固和防护，保证工程的安全和稳定。
二、砂卵石地层特点
砂卵石是一种主要由石英和长石组成的卵石质沉积岩。它具有孔隙度大、渗透性好、物料单一、卵石较大的特点。这些特点对于盾构掘进会产生一定的影响。
首先，砂卵石地层孔隙度较大，因此它的渗透性很好。这就意味着在盾构掘进过程中，隧道两侧的土体会发生渗透，从而导致强度降低和沉降加剧。
其次，砂卵石地层物料单一，卵石较大，且钻头无法穿过这些卵石，这就导致盾构掘进时易出现破碎或落石的情况。这种情况可能会导致盾构机卡堵，甚至无法继续推进，造成工程延误和经济损失。
三、盾构掘进对砂卵石地层的扰动机理
盾构掘进对砂卵石地层的扰动主要体现在三个方面：土体破碎和修补、土体收缩和沉降、地下水渗透。这些扰动机理的发生是相互影响的，它们不仅会影响盾构掘进的推进速度和安全，而且会对周围的环境造成影响。
1.土体破碎和修补
盾构掘进过程中，砂卵石的物料单一、卵石较大，导致其难以穿越和掘进。因此，对于未能成功穿越的卵石，盾构机往往会出现或导致土体破碎和掉落。不仅如此，砂卵石的颗粒分布不均，容易造成松散和紧实两个区域的交替分布，这也会导致土体产生裂缝和破坏，并影响砂卵石地层的稠密度和固结性。
2.土体收缩和沉降
盾构掘进过程中，土体向井道周围移动，从而给周围的土体施加压力。而砂卵石的颗粒分布不均，会导致压力场发生变化和土体的收缩，从而引发隧道沿线的沉降，并对周围建筑物、桥梁和人造物体造成影响和损害。
3.地下水渗透
盾构掘进时需要进行地下水的排泄和防渗，但由于砂卵石地层的渗透性比较好，隧道周围的地下水会受到不同程度的干扰，加剧地下水的渗透问题和沉降影响。
四、安全控制和解决措施
1.相关技术准备
为了控制盾构掘进对砂卵石地层的扰动，有必要提前进行一系列的技术准备。首先，应该加强文献调查和现场勘察，了解地下情况和砂卵石地层的特点；其次，应选择适当的盾构机和推进方式，选择具有较高承压能力和较佳的掘进性能的机器；最后，应根据砂卵石地层的特点及盾构掘进的控制策略，提前安排和运用必要的技术措施。
2.土体控制和加固
为了避免土体的破碎和掉落，盾构掘进时应遵循合理的掘进规律和稳定的推进参数，及时调整掘进方式，减少扰动力和摩擦力，维持地层的完整性和稳定性；另外，对于掉落的石块，应立即采取补救措施进行修补。
3.应力场分析
通过分析砂卵石地层的应力分布情况，可以预测盾构掘进对地下的影响，并制定合理的控制策略，例如减小盾构机的推进速度、减小震动频率等。
4.有效地支护
为了防止地层塌陷和收缩沉降，盾构掘进过程中也是需要进行高效的支护。为此应采用合适的加固技术，如围岩注浆、粘土杆、玻璃钢管网等。在掘进过程中，应严格控制支护和掘进速度，尽快进行喷浆等支护操作，保证工程的安全和稳定。
五、结论
砂卵石地层是常见的地质条件，对于盾构掘进的安全和稳定具有重要意义。通过分析盾构掘进对砂卵石地层的扰动机理及其特点，我们了解到了在实践工作中，需要采取适当的技术措施进行预处理、加固和支护等工作，以确保盾构掘进工程的安全和稳定。因此，在实践中，我们需要全面评估地质和环境因素，并采用科学的方法和技术可行方案，提高盾构掘进工程的科学性、高效性和安全性。