泥水盾構在全斷面砂層掘進中的地面沉降控制

衛 勇（中鐵三局集團廣東建設工程有限公司，廣東 廣州 510000）

泥水盾構在全斷面砂層掘進中的地面沉降控制

衛 勇
（中鐵三局集團廣東建設工程有限公司，廣東 廣州 510000）

摘 要：隨著社會的發展，交通變得越來越擁擠，地鐵作為新型的交通工具，具有速度快、時間準、能耗低、占地省等優點。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。

關鍵詞：泥水盾構；全斷面砂層掘進；地面沉降控制

1 工程概況

中鐵三局廣州地鐵九號線施工1標工程范圍包括兩站兩區間，分別為出入段線、飛花區間、飛鵝嶺站、花都汽車城站，線路總長3248m，工程總造價67300.5768萬元，總工期1036天。工程地點為廣州市花都區西部汽車產業基地，隧道和車站基本沿著風神大道下方東西向布置。飛鵝嶺站~花都汽車城站盾構區間隧道雙延米4516.69m，區間起至里程Z（Y）DK0+771.800~Z（Y）DK3+029.800。線路沿雙向6車道的風神大道向東前進，先后通過花港大道口、紅棉大道路口后，到達位于風神大道上方的花都汽車城站。本盾構區間線路縱斷面為V形坡，最大坡度為5‰，線路埋深為12m~13.5m，隧道頂覆土6m~7.5m。本區間隧道埋深較淺，盾構隧道主要穿越地層及隧道上部地層為〈3-1〉粉細砂層、〈3-2〉中粗砂層、〈3-3〉礫砂層、〈4N-2〉可塑沖洪積粘性土層、〈4N-3〉硬塑沖洪積粘性土層。隧道底部多為〈5N-2〉殘積粘性土〈6〉全風化帶〈7〉強風化帶，部分地段為〈4N-2〉可塑沖洪積粘性土層軟弱地層，需要進行地面加固。線路范圍內揭示大量土洞和溶洞存在。

2 盾構隧道地面沉降塌陷的控制措施

盾構機在穿越建筑物過程中主要以頂部泥水倉壓力作為參考，通過設定氣墊倉壓力調整頂部泥水倉壓力，頂部泥水倉壓力可根據地層埋深計算，盾構穿越該建筑物主要的思路為快速平穩通過，為實現這個思路及控制好地表沉降在盾構穿越前、穿越過程中及穿越后，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。

2.1 做好盾構機的維修和保養

盾構法在城市地鐵中運用愈加成熟，城市地鐵不可避免的要穿越建筑物，部分為古老建筑物或者文物，在穿越過程中對盾構施工提出更高要求，從地表及建筑物沉降監測數據看，監測點最大累積沉降-5.6mm，遠低于規定的警戒值，且盾構穿越后監測數據長期處于穩定狀態，民房未出現開裂傾斜等現象。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 （泥水）平衡模式推進

泥漿的參數主要包括泥漿比重和粘度2個指標來控制泥漿性能，在富水砂層中，泥漿比重往往會下降，可通過膨潤土及制漿劑來調整泥漿的參數，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 （泥水）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。泥漿粘度控制在18s~22s左右，泥漿性能是確保掌子面臨時穩定的關鍵所在，泥漿性能越好，掌子面瞬間形成的泥膜質量越好，從而提高掌子面瞬間穩定性能。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，對脫出盾尾的管片及時進行二次補強注漿可有效控制房屋建筑物后期沉降，可將建筑物后期沉降在最短時間內穩定于一定數值。

2.3 盡量快速通過

高度重視信息化施工、強化現場管理，特別是增強掌子面管理的執行力度，確保施工安全。盾構在富水砂層中掘進時，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。及時掌握掌子開挖面的地質情況，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。

3 全斷面砂層中盾構掘進控制地面沉降的措施

3.1 維持土倉內壓力平衡，隨時調整預定壓力，保證掌子面的穩定。對于盾構施工中的水土壓力的均衡問題，從而建立土壓平衡。土壓平衡式盾構可通過調整推進速度和螺旋式排土器的轉速，使土艙壓力與開挖面土水壓力相對應。另外可根據需要，注入適當的添加劑增加開挖土的塑性流動性，使壓力艙內不產生空隙。泥水加壓式盾構可根據圍巖的透水性來調整泥漿性狀，并進行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對應于開挖面的水土壓力。

3.2 通過流量計，計算出渣量，嚴格控制超挖。在盾構施工中為了使推進中盾構與圍巖之間的摩擦能有盡量較小，且不干擾圍巖，因此必須對盾構的結構姿態有效的控制好，防止盾構發生變形和位移等情況，在施工過程中也應該盡量的減少超挖量。盾構姿態發生偏差時，應緩慢糾偏，不能操之過急。

3.3 在盾構機掘進工程中保證注漿量和注漿壓力，實際注漿量應達到理論空隙量的150%~200%，每環必要時要進行二次注漿，采用雙液漿。已壓力控制不大于0.5MPa。在盾構施工過程中，其盾位的空隙下沉和壁后注漿等問題的產生，都會對盾構工程造成嚴重的影響，因此必須嚴格有效的控制其問題的產生。根據圍巖狀態來選擇滲透性好、固結強度大的壁后注漿材料，并盡量與盾構推進的同時進行壁后注漿，即采用同步注漿。推進過程中及時進行足量注漿，保證注漿的數量和質量，就能有效地控制沉降。

結語

盾構法施工已經越來越頻繁的在隧道施工中應用，由于地層的變化，使得盾構在不同地層掘進時其輔助工藝會有所不同，穿越前應加強盾構機的維修保養，排除機械故障隱患，同時應調整好泥漿性能、泥水倉壓力及同步注漿等參數，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

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[2]復合地層中的盾構施工技術[M].

[3]陳廣道.盾構法穿越砂層、軟弱土層加固處理設計[J].中華民居，2011（01）.

中圖分類號：U455

文獻標識碼：A