盾構(gòu)過富水砂層施工技術(shù)

李勇

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢　430070）

盾構(gòu)過富水砂層施工技術(shù)

李勇

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢430070）

結(jié)合土壓平衡盾構(gòu)機大坡度穿越長100m富水砂層段工程實例，對土壓平衡盾構(gòu)機在滲透系數(shù)較高的富水砂層中易出現(xiàn)的問題進行分析，并針對土壓平衡盾構(gòu)通過富水砂層容易發(fā)生的噴涌、地表沉降、姿態(tài)難控制等問題，結(jié)合施工過程中的掘進參數(shù)和地表監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取了一些措施。結(jié)果表明：控制好掘進參數(shù)，做好渣土改良和渣土管理，勻速不間斷掘進，做好同步注漿和二次注漿，能夠有效控制噴涌、地表沉降以及成型隧道質(zhì)量。

土壓平衡盾構(gòu)；富水砂層；掘進參數(shù)；渣土改良

1　引言

近些年來，中國的交通事業(yè)得到了很大發(fā)展，在交通運輸行業(yè)發(fā)展的同時，人們的生活水平也有了較大的提高，從而使人均擁有的車輛也越來越多，這也導(dǎo)致交通擁堵的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，為了保護人民的出行順利，很多城市都十分重視城際高速軌道建設(shè)和地鐵工程建設(shè)，這樣才能夠更好地解決交通擁堵的問題，同時也能夠更好的保證人們的日常出行不受影響。

在城市交通建設(shè)中，經(jīng)常會遇到的在富水砂層進行施工的情況，在遇到這種情況時，需要注意的問題就非常多，在施工過程中，應(yīng)用土壓平衡盾構(gòu)機的技術(shù)要考慮的問題也非常多，因此，對于存在的問題必須要很好地進行分析，這樣才能夠更好地找到的措施來解決。

2　工程情形

2.1工程概況

廣州市軌道交通六號線二期工程施工四標(biāo)[金峰站～暹崗站]盾構(gòu)區(qū)間，由暹崗站（原科學(xué)城東站）西端始發(fā)往金峰站掘進，區(qū)間設(shè)計里程范圍為YDK35+761.100～YDK36+882.200，長度為1121.1m。本區(qū)間設(shè)2個曲線段，曲線半徑分別為2000m、1000m，左右線間距為13m；在縱斷面上包含2個豎曲線，豎曲線半徑最小為3000m，區(qū)間線路縱坡最大為20‰，隧道最大覆土厚度約16.9m，最小覆土厚度約為9.5m。

本區(qū)間采用兩臺海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機掘進，刀盤配置考慮整個區(qū)間的適應(yīng)性，為30把單刃滾刀、42把正面刮刀、8把邊緣刮刀，開口率28%。

2.2主要難點

到達階段越100m范圍內(nèi)隧道主要以20‰的坡度向上穿越大斷面③-2中粗砂層，該地層呈飽和，稍密～密實狀，組成物主要為中砂、粗砂、礫砂，含少量粘粒，滲透系數(shù)4.6×10-3cm/s。

砂層無隔水層或相對隔水層，地層含水量大地下水豐富。由于砂層的涌水量大和不穩(wěn)定性，盾構(gòu)掘進對地層的擾動，施工中極易發(fā)生地面隆起或涌水和坍塌，引起螺旋輸送機出口噴涌，螺旋輸送機排土困難，盾構(gòu)超挖，盾構(gòu)偏位姿態(tài)難以控制等現(xiàn)象，從而引起較大的地表沉降。

3　施工技術(shù)分析

土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)也被稱為土壓式防護罩的施工技術(shù)，在進行施工過程的時候非常適合軟土，軟巖，硬巖和混合地層等含水量較高的地層，這樣會使工程的施工能夠得到一個較好的效果。土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)中所需用到的盾構(gòu)機設(shè)備是帶有自動導(dǎo)向系統(tǒng)的，因此在進行土壓平衡盾構(gòu)施工過程中，能夠更好的控制設(shè)備掘進的方向，保證掘進方向的正確與平穩(wěn)。另外，運用自動導(dǎo)向系統(tǒng)的盾構(gòu)機在轉(zhuǎn)向方面具有更加靈活的優(yōu)勢，對于偏轉(zhuǎn)問題也能夠得到更好的糾正與改進。盾構(gòu)設(shè)備中的刀盤結(jié)構(gòu)在施工過程中可以很好的在不同的地層中進行使用，并能夠保證該掘進的速度與掘進的方向，符合各種工程的施工要求。由于盾構(gòu)設(shè)備一般都同時配備有同步注漿系統(tǒng)，因此在進行工程施工的同時，可以更好的對周邊的施工環(huán)境進行環(huán)境保護。當(dāng)進行隧道工程的施工時，土壤會對周邊產(chǎn)生一定的影響，也會造成土體沉陷的情況發(fā)生，而且對周邊建筑物的影響非常大，因此，在施工中采取防護措施，可避免很多施工難題。盾構(gòu)機的注入系統(tǒng)比一般的設(shè)備更適合在泡沫和膨潤土的環(huán)境下進行施工作業(yè)，對于渣土的情況可以得到較為良好的改善。

4　不良地質(zhì)、特殊地段的處置技術(shù)

4.1采取的方案、措施

4.1.1方案

本工程采用土壓平衡模式進行隧道開挖，計算開挖穩(wěn)定面，設(shè)置合適的開挖掘進參數(shù)，控制盾構(gòu)機的姿勢，穩(wěn)定開挖面，控制地面的沉降，將工程對周邊環(huán)境的影響降到最低。

掘進過程土倉頂部壓力控制在1.2～1.5bar，推力10000～12000kN，扭矩1000～1500kN·m，掘進速度控制在30mm/min以上，出土量60～70m3；盾構(gòu)機保持向上的姿態(tài)，趨勢控制在范圍±4。掘進開挖的過程要保持最快的速度，盡量減少工程施工中的停滯時間。

4.1.2渣土改良和渣土量的管理

（1）盾構(gòu)機進入富水沙層地段前，機修人員全面檢查泡沫和膨潤土注射系統(tǒng)，保證每一條管路都能正常有效使用。

（2）泡沫選擇：沙土和易差，選擇泡沫時選擇聚合型泡沫，增加沙土的粘結(jié)，保證渣土出土順暢。

（3）計算每一環(huán)渣土的理論量，盾構(gòu)掘進時，螺旋機出土速度一定與盾構(gòu)機掘進速度相匹配，精確到渣斗車每一格裝滿，盾構(gòu)機向前掘進行程一定，確保盾構(gòu)掘進不超方。

4.1.3洞內(nèi)注漿

（1）同步注漿

在盾構(gòu)機推進過程中，保持一定壓力不間斷地從盾尾直接向管片壁后注漿，當(dāng)盾構(gòu)機推進結(jié)束時，依據(jù)注漿量和注漿壓力的情況選擇是否停止注漿。注漿過程注漿量的控制是重點，根據(jù)盾構(gòu)機開完外輪廓與管片之間間隙算出每一環(huán)管片理論注漿量，由于沙層松散系數(shù)較大，按實際注漿量大于理論注漿量的原則進行同步注漿。另外，適當(dāng)增加水泥用量，縮短漿液膠凝時間，保證注漿質(zhì)量。

（2）跟進式二次注漿

當(dāng)盾構(gòu)正常掘進時，根據(jù)出渣量、同步注漿量等數(shù)據(jù)分析，對于未閉合的每環(huán)均進行二次注漿。在連接橋處搭設(shè)平臺在已拼裝管片后15～20m進行跟進式二次注漿，即在15～20m上方120°范圍以內(nèi)，利用管片上方三個吊裝孔，及時對管片上方進行注漿加固，并且每隔15m封閉一圈，設(shè)置止水環(huán)，阻止盾尾來水。

4.1.4姿態(tài)控制

在控制盾構(gòu)姿態(tài)時運用導(dǎo)向系統(tǒng)和分區(qū)操控推進油缸，防止盾構(gòu)下沉現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于富水砂層的承載能力較低，而盾構(gòu)機在掘進過程中會劇烈的震動，因此姿態(tài)下沉現(xiàn)象時有發(fā)生。在施工時盾構(gòu)機在地層中要保持向上的姿態(tài)，但趨勢易控制在±4的范圍內(nèi)。如果出現(xiàn)機頭往下掉的情況，就需要及時的通過千斤頂來進行姿態(tài)調(diào)整。在調(diào)整的過程中要緩慢的進行調(diào)整，要用千斤頂以及最優(yōu)管片兩者結(jié)合緩慢的調(diào)整，不然容易造成盾尾之間的間隙過小，造成管片的錯臺。

4.2現(xiàn)場實施效果

通過采取一系列措施，盾構(gòu)機順利通過砂層地帶并到達吊出井，未發(fā)生噴涌，地表沉降均在規(guī)范允許范圍，姿態(tài)沒有超出允許范圍，管片成型質(zhì)量較好。

5　安全及環(huán)保措施

5.1安全措施

（1）嚴格按照工程的施工方案和相關(guān)的安全管理制度來組織工程的施工，嚴格遵守各種設(shè)備的相關(guān)安全操作手冊與操作規(guī)程。

（2）在進行施工時要加強隧道內(nèi)的照明與通風(fēng)工作，提高隧道作業(yè)的環(huán)境條件，確保施工的人員與設(shè)備的安全。

（3）對于隧道內(nèi)的各種用電與輸電設(shè)施設(shè)備要嚴格加以控制，以此確保工程施工的安全。

（4）加強垂直運輸系統(tǒng)和水平運輸系統(tǒng)的控制力度，防止對洞內(nèi)的各種施工作業(yè)車輛造成傷害。

（5）盾構(gòu)掘進過程中嚴禁多出土，如果在施工過程中遇到特殊的多出土情況后，要及時的進行處理。盾構(gòu)施工過程中要加強對地面監(jiān)測力度，防止出現(xiàn)地面坍塌事故的出現(xiàn)。

（6）利用盾構(gòu)在隧道內(nèi)進行施工時，由于隧道施工作業(yè)的施工環(huán)境過于窄小，因此在進行施工材料吊運時要特別注意安全。

5.2環(huán)保措施

（1）工程在施工時要落實門前三包責(zé)任制，不得在工地門前、圍墻外側(cè)公用場地堆放材料、淤泥、垃圾等。對于特殊情況下必須臨時占用道路時，要事先進行申報審批，經(jīng)過批準(zhǔn)占用的區(qū)域，在使用時必須要嚴格加以控制，不得影響到周圍的環(huán)境與妨礙到人們的正常生活與出行。

（2）在施工過程中對于污水的處理要符合國家的相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，施工場地內(nèi)應(yīng)設(shè)置沉淀池、過濾池和沖洗池，對于污水要做到達標(biāo)排放，不達標(biāo)的污水堅決不能排放。

（3）要定時定期的對施工場地進行地面灑水處理，保持周圍環(huán)境的干凈避免施工現(xiàn)場對周邊環(huán)境的污染。嚴格禁止在施工現(xiàn)場進行有毒、有害物質(zhì)的焚燒。

（4）工程在施工過程中要采取適當(dāng)?shù)慕档驮肼暣胧瑢τ诎l(fā)電機、通風(fēng)機和壓風(fēng)機等設(shè)備要盡量選取低噪聲的型號，同時做好各種處理措施，力求使設(shè)備的噪聲降到最低值。

（5）嚴格禁止向隧道施工場地內(nèi)傾倒剩余的漿體，對于剩余的漿體，要運出地面經(jīng)過處理符合標(biāo)準(zhǔn)后再行排放。

（6）盾構(gòu)掘進時需要用到大量的型號種類各異的油脂，這些油脂對環(huán)境極易造成污染，因此，使用后的各種廢油脂要經(jīng)過統(tǒng)一的收集處理。

（7）對于盾構(gòu)設(shè)備要進行定期的保養(yǎng)和維護，防止盾構(gòu)設(shè)備的油管出現(xiàn)破損造成漏油現(xiàn)象的發(fā)生，進而對周邊的環(huán)境造成污染。

6　總結(jié)與建議

在砂層保持勻速掘進，快速通過，盡可能減少停頓時間，嚴格控制好土壓和出土量，采用聚合性泡沫改良渣土，做好同步注漿及二次注漿，同時加強地表監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整掘進參數(shù)，保證隧道施工的順利高效進行。

[1]曾華波.砂層地段土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)探討.人民珠江，2006（04）.

[2]陳長慶.土壓平衡盾構(gòu)機過富水砂層施工技術(shù).中國盾構(gòu)網(wǎng)，1998.

[3]《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》（GB50446-2008）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]萬慶良，常海昌，李艷芳，等.淺析隧道土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù).中古建筑工業(yè)出版社，2010.

U455.43

A

1673-0038（2015）20-0218-02

2015-4-25

李勇（1982-），男，工程師，本科，主要從事地鐵施工方面的工作。