富水粉細砂地層中盾構掘進的研究

張帥

摘 要：在富水粉細砂地層中采用盾構掘進的施工方式還存在著許多難點。本文針對這些難點進行了深入分析，并提出了改良方案，可以有效防治在富水粉細砂地層中盾構掘進所產生的砂土液化的問題。同時，還可以減小地面下沉的速度，從而保證盾構掘進施工順利完成。

關鍵詞：富水粉細砂地層；盾構掘進；砂土液化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.098

現如今，我國的盾構掘進技術已經得到了很大的提升和完善，可以很好的應對我國不同地區復雜的地質結構，并且長期以來積累下來了很多的經驗和參考案例。但是，從施工成本、安全性和工期方面來考慮，盾構掘進施工技術還需要面對許多的現實性問題。我國在前幾年已經有了對液化地質層盾構掘進施工技術的分析和研究，但是依舊需要結合實際的施工情況對其進行梳理和總結，為此后相同情況提供參考依據。

1 盾構掘進施工中的問題

（1）砂土液化問。所謂砂土液化就是指飽和的砂土受到外力的作用，在強烈的振動下會喪失抗剪強度，從而土地里的沙粒會呈現一種懸浮的狀態，導致地基失效。因此，富水粉細砂地層由原先穩定的結構狀態變成液態的因素有如下幾個。

1）土的性質。其主要包括土的結構狀態、土的顆粒大小和組成，土的顆粒越小，土質越細，其半徑也就越小。因此這種土的穩定性也就越低，容易出現砂土液化的問題。而富水粉細砂地層受水文條件的影響，這種粉細砂地層就極其容易出現砂土液化問題。2）埋藏深淺。在富水粉細砂地層中盾構掘進過程中，如果超孔隙水壓力過大，就會產生孔隙水，從而造成砂土液化。如果液化砂層的埋藏深度較淺的話，在其之上的土地覆蓋重力和側壓比較小，這種液化砂層就能夠很容易的向上滲入到上面的土質層，擴大液化面積。所以，埋藏越淺的富水粉細砂地層越容易發生液化。3）荷載。當振動在砂土的荷載能力范圍內，就不會造成砂土結構破壞和體變，就自然不會出現砂土液化。但是，當振動超過砂土的荷載能力范圍，就會使砂土出現液化。而盾構掘進施工技術所產生的振動遠遠超過砂土的荷載能力，所以會使砂土發生液化。

（2）易形成噴涌，導致塌方和地面建筑破裂.富水粉細砂地層含水量極高，并且砂土滲透性較強，容易發生液化。因此，在富水粉細砂地層中采用盾構掘進的施工方式很容易造成噴涌的現象。同時，這種情況發生以后，需要用很長時間對盾尾進行清洗處理，這就嚴重的阻礙了施工的進度，有可能還會導致不能按時完成工作。除此以外，由于大量的泥沙噴出或者是被水滲透，就容易引起地面下沉，最終對地表的建筑物造成破壞。

造成這種砂土噴涌的現象主要是因為：首先要有充足的高壓水量，而這種高壓水主要是來源盾構后方的匯水管道和砂土本身所帶有的水分；其次就是需要螺旋傳輸器，在其高壓力下，水體和砂土則混合噴涌而出。

（3）難以控制地面下沉。在噴涌現象發生了之后必然會引起地面下沉，并且這種情況的控制難度很高。即使沒有發生這種大量的噴涌現象，要想控制地面下沉也是很有難度的。那么，造成這種現象的原因是什么？首要原因就是富水粉細砂地層的土質不穩定，在盾構掘進的過程中，從開挖到填充的期間必然會引起地面下沉；其次就是在盾構掘進的過程中必然導致砂層中的水分流失，引起砂層結構破壞，從而導致地面下沉。

2 富水粉細砂地層中盾構掘進施工的改進措施

盾構掘進施工的目標和原則是平穩而快速地通過富水粉細砂地層，并且盡量減少停機以及掘進的時間。充分利用盾構機的優越性，合理地匹配各參數，并采取正確而有效的輔助措施。

（1）渣土改良劑的選擇和使用。要想達到良好的施工效果，就需要將掘進的速度始終保持在一個水平，盡量減少對富水粉細砂地層的擾動，爭取快速而平穩地通過該砂層。要想實現這一目標就必須使用渣土改良劑。成功使用渣土改良劑以后，可以為穩定土質砂土，減少噴涌和液化，以及減少對機器的磨損提供一個強有力的保障。

選擇渣土改良劑時，要結合以前的經驗。現如今，已有泡沫廠的研究專家研發出了一種專門針對富水粉細砂地層的泡沫劑。這種混合物不僅可以改良土體，還可以增強泡沫的穩定性，減少滲透，從而避免噴涌現象的出現。

（2）封堵縱向滲漏水通道。盾構進洞施工的一個最關鍵的措施就是封鎖縱向滲漏水通道。以前施工的時候是在第二次進洞的間隙對其進行封堵，這就使得施工時期延長和過程繁復，并且還有可能造成砂層結構破壞，風險較大。后來改進后，就使用油溶性聚氨酯來封堵縱向滲漏水通道，這種封堵方式比以前的二次進洞封堵更加節省時間和成本。

（3）控制盾構姿態。盾構姿態主要包括三個參數，即平面方向、自身的轉角以及推進坡度。因此，能夠對盾構姿態產生影響的因素就有：土的厚度、出土量、土層分布情況、注漿情況以及油缸作用情況。只有將這些因素都控制好，才能保證盾構過程順利進行。

（4）洞內雙液注漿封堵加固通道。為了保證盾構機在出洞以后的安全，需要對盾構機所經過的區域在進行加固時注漿封堵，這可以阻止外面的水體和砂土通過管片和間隙進入盾構機內部，從而對盾構機的正常運行產生影響。與此同時，還可以在止水的帷幕內和外面進行水井施工，通過這種方法來達到降低水位的目的，從而有效避免水體和砂土的涌進。

（5）洞口雙液注漿封堵。在洞內完成雙液注漿封堵以后，就馬上推進盾構和拼裝剩余的管片，最終讓盾構全部都落在接受架上面。在盾構快要到達洞口之前要停止同步注漿，但是還需要在洞門的地方進行雙液注漿封堵，這是為了填充砂層和盾構之間的孔隙，將加固后的土體與管片完全的阻隔起來。

3 結語

為了有效地控制富水粉細砂地層發生液化、地面下沉，并且提高盾構的掘進速度，需要采取一系列合理的措施。比如：進行渣土改良和合理選擇盾構掘進的參數。對富水粉細砂地層的問題和改良措施的研究，為以后這類施工提供了寶貴的經驗。但是，富水粉細砂地層中的盾構掘進仍然存在著許多的挑戰，這需要我們不斷對其進行完善。

參考文獻：

[1]尹凡，袁大軍.富水軟弱粉細砂地層土壓平衡盾構掘進對土體擾動研究[D].北京交通大學，2010.

[2]賀衛國，朱永全，戴維.南京河西長江漫灘復雜地層盾構施工端頭加固綜合技術研究[D].石家莊鐵道大學，2014.