淺談盾構機在砂層中掘進時的控制方法

【摘 要】盾構機在砂層中掘進時，由于砂層透水性較強，容易造成砂層流失，最終結果是造成較大的地面沉降，以至于地面沉陷。本文結合多年的盾構施工經驗總結出盾構機在砂層中掘進時的施工方法和相應措施，與同行們一起共同探討。

【關鍵詞】盾構隧道；地面沉降塌陷；防止措施

前言：

盾構隧道在施工過程中對地表的控制直接影響到整個工程項目的成功與否，特別是在建筑物密集的老城區和大量交通要道，所以盾構機在砂層中掘進時地面的塌陷及沉降要控制在允許范圍內，這樣才能把工程成本和經濟損失降到最低。因此，我們有必要對盾構機在砂層中的掘進技術進行討論，并尋求更好的施工方法。

1 項目地理概況

惠城際軌道交通工程GZH-12標盾構期間起止里程為DK97+966~DK100+885，盾構隧道長度2919m，從云山西路站始發，穿越東江、建筑物密集的老城區和大量交通要道后到達盾構接收井拆解吊出。此區間有約500m砂層地段，地層從上到下依次為：素填土、粉質粘土、圓礫土、細砂、全風化含礫砂巖、強風化含礫砂巖、弱風化含礫砂巖。地下水主要為潛水，水位3-3.6m，由于此地層距離東江近，從地層構造上看，砂層中的水略具承壓性。

2 盾構隧道地面沉降塌陷的防止措施

盾構機通過此類地層時，由于與砂層直接接觸的土層較薄，易受力變形產生裂隙和裂縫，從而形成了與砂層中的水有直接的聯系通道，進而也將成為該砂層流失的通道，其最終的結果是造成較大的地面沉降，以至于地面塌陷。為了防止盾構機通過此地層時發生沉降、塌陷。其具體措施如下：

2.1 做好盾構機的維修和保養。

通過砂層前對盾構機進行全面檢查、維修和保養，確保盾構機的故障率降到最低能夠快速的通過砂層地段。特別是注漿系統和盾尾刷的檢查和更換，只有完好的注漿系統才能夠及時并有效的填充管片背后空隙。由于砂層中的滲水性較強，如盾尾刷密封失效就無法防止砂土、泥水從盾尾間隙冒出，造成水土流失。

2.2 采用土壓平衡模式推進。盾構機通過砂層地段時，由于砂土具有滲水性大，受到擾動容易塌陷等特點，需要采用土壓平衡模式掘進，以確保密封土倉壓力穩定開挖面，控制地表沉降，防止地層出現塌陷。盾構機在砂層中掘進時，控制土倉壓力有兩種方式，一種是通過氣壓來控制土倉內壓力，一種是通過土壓來控制土倉壓力。

2.2.1 氣壓控制土倉壓力的方法有兩種：一是通過開啟保壓系統來穩定土倉內壓力：二是在掘進時加大泡沫管氣體的比例往土倉內加氣壓以達到一個平衡的氣壓狀態。由于砂層地段的透水性較強，所以應盡量避免地層中的水滲到土倉內，引起流砂造成地表沉降超限和塌陷，同樣也會造成螺旋機出土時噴涌。為了避免砂層中的水滲到土倉內可適當通過調節土倉氣壓抑制地下水滲入。

2.2.2 控制土倉土壓力的方法主要有兩種：一是在保持推進速度不變的情況下，調節螺旋機的轉速或螺旋機閘門大小（螺旋機轉速減小或閘門開度減小均能達到增大土倉壓力的效果），控制出土量，建立和保持土倉壓力；二是在保持螺旋機轉速或螺旋機閘門大小不變的情況下，加大千斤頂的總推力，提高推進速度，增大土倉內的土壓力。

2.3 盡量快速通過。

掘進速度的加快能夠及早為管片背后注漿創造條件，有利于隧道穩定和控制地表沉降。在條件允許的情況下，應盡量提高掘進速度，避免刀盤轉動對地層擾動時間過長而造成上部砂層液化和塌陷。

2.4 注意土體改良。 適當使用聚合物添加劑、膨潤土來改良渣土，水土混合，以增加止水效果，避免流砂的發生。

2.5 加強注漿控制。

由于砂層的滲透性較好，實際注漿量應大于理論計算量，以保證注漿質量。必要時，應調整砂漿的配合比，增加水泥用量，縮短砂漿的初凝時間，加快管片周圍土體的固結，避免地表沉降超限。為彌補同步注漿的不足，要及時對管片進行二次注漿，位置宜盡量靠近盾尾，為了避免注漿壓力過大打穿盾尾，以盾尾倒數第4環第5環位置最佳。二次注漿采用雙液漿，根據情況通過調節水玻璃的大小調整水泥漿的初凝時間，注漿壓力應控制在3巴~5巴。最大不超過5巴，以免造成管片錯臺。必須保證管片背后空隙填充密實。

2.6 控制好盾構機姿態。在這種地層中掘進，盾構機容易上浮，為了防止上浮造成超限，掘進時宜把盾構機姿態往下壓。

2.7 加強對出土量的控制。

及時掌握掌子開挖面的地質情況，通過皮帶上出來的土觀察地層變化，控制出土量在理論數據之內，防止超挖而造成地表沉降和塌陷。

2.8 加強監測工作，及時反饋監測信息。

加強該段的地表沉降和建筑物沉降的監測。根據地表沉降和建筑物沉降的監測數據，結合地質情況，及時調整土倉壓力，千斤頂推力等掘進參數，做到信息化施工。

2.9 由于砂層地段的透水性強，所以盡量避免排水，以免引起地表沉降超限。當遇到地下水很大時，可加入適當壓力的壓縮空氣，以排除密封土倉內的水。

3 結束語

以上各個要點的把握和操作得當，決定著盾構機在此地段的整個掘進過程達到一個最佳的平衡狀態，并使盾構機能夠快速穩當的經過此地層，把地面的沉降和塌陷降低到最小。

參考文獻：

[1]莞惠城際軌道交通工程GZH-12標工程設計及地質勘察報告（內部資料）

[2]《復合地層中的盾構施工技術》

[3]巖土工程勘察設計手冊.沈陽:遼寧科學技術出版社，1996

[4]鐵道部第一勘察設計院.鐵路工程地質手冊.北京：中國鐵道出版社，1996