富水圓礫地層土壓盾構施工中的風險及對策

(廣東華隧建設集團股份有限公司，廣東 廣州 510335)

在進行地鐵盾構隧道施工中,由于施工技術的多樣性，施工環境因素的復雜性,導致盾構施工具有一定的風險性。

南寧市軌道交通1號線一期工程陳村站～廣西大學站（一站三區間）土建施工項目，盾構區間采用2臺直徑6 280mm的德國海瑞克土壓平衡盾構施工，共3次始發、3次到達。盾構先在廣西大學站始發掘進魯班路站～廣西大學站區間和動物園站～魯班路站區間；掘進完這2個區間后盾構始發基地整體搬遷至動物園站，盾構在動物園站始發掘進清川～動物園站區間，最后在清川站到達吊出，完成隧道掘進。其中廣西大學站盾構始發工法為盾構密閉始發工法，其它站點均采用常規的盾構始發、到達施工。在該工程盾構施工中，出現了地面沉降、盾構磨損、富水圓礫地層中掘進噴涌、開倉換刀、過江風險等問題，提出相應對策。

1 地面沉降

本標段盾構隧道通過地層主要為圓礫層⑤1-1，局部穿越砂層、粘土層，上方地層中存在大量地下管線，道路上有行人和車輛，一旦造成道路沉陷、坍塌，將可能造成重大人員傷亡或財產損失。動～魯區間需近距離穿越心圩江橋橋樁，如果地面沉降過大，可能造成橋梁傾斜、倒塌。通過預定方案，在實際施工中出現的小幅度地面沉降，采取以下做法。

1）查看是否超挖 ①計算理論出土量需要結合各地層松散系數和地下水等諸多因素，進行掘進時，做好實際出土量統計，并與理論值對比,當地面出土量超過5%理論值時，分析洞內外的監測數據，查看是否超挖；②一旦存在超挖導致地面沉降，馬上調節螺旋輸送機出土速度，增加土倉的土含量，對頂部的建筑物或管線進行保護，進行加氣壓非滿倉掘進；③根據統計超挖位置和超挖量，通過盾尾注漿及時將超挖量回補。盾尾注漿孔口的注漿壓力應大于隧道埋深處的水土壓力。

2）保證注漿量 ①采用同步注漿和二次補漿兩套注漿系統，確保注漿量滿足要求；②根據理論計算，管片和圍巖間的施工空隙體積為4.05m3，為了達到良好的填充效果，含圓礫地層中至少應保證注漿量在150%以上，即每環注漿量6.3m3以上。注漿量以注漿壓力控制為主，注漿壓力一般控制在外界水土壓力+60～80kPa之間，若壓力明顯增大，則暫時停止注漿，以免注漿壓力擊穿地層或破壞管片。

3）加強施工監測 在盾構施工及相關輔助工程（比如地基加固、跟蹤注漿等）的施工過程中，針對相應范圍內建（構）筑物及地下管線，進行全面性的監控測量，信息化施工。根據反饋內容，調整優化各項施工參數，以確保盾構施工安全和建（構）筑物、地下管線的正常使用，必要時采取應急措施。同時依據監控測量項目的內容，應根據建（構）筑物、地下管線的具體情況以及相關部門的技術要求確定監控測量方案。

2 盾構磨損

本項目盾構隧道區間穿越地層58%～93%為⑤1-1圓礫層，盾構須長距離在圓礫地層中掘進，刀盤、刀具和螺旋輸送機極易磨損。為此采取的措施有：

1）主切削刀具配置 中心刀具（1#～8#軌跡線)：4把中心雙齒刀,刀高175mm；正面滾刀（9#～39#軌跡線)：31把單刃寬刃滾刀。

2）其它刀具配置 面板焊接21把先行刀，刀高160mm，21把刀分開焊接在離廠家設計位置最近的主切削刀具軌跡線上，焊接位置均勻分布在軌跡線上；正面刮刀28把，刀寬250mm，刀高140mm，雙排螺栓；邊緣刮刀8把，刀高140mm，雙排螺栓；邊緣保徑刀6把；磨損檢測裝置2個。

3）增強螺旋輸送機的耐磨性 螺旋輸送機殼體內壁焊接合金條，葉片焊接耐磨塊及中軸采用耐磨焊滿焊；單獨設計刀具，增強刀具母材及表面的耐磨性，刀圈鑲嵌合金塊(圖1、圖2)。

圖1 螺旋機耐磨處理示意圖

圖2 螺旋機耐磨處理照片

3 富水圓礫地層中掘進噴涌

該盾構隧道穿越的地層主要為富水圓礫地層，滲透系數80～105m/d，盾構中心水頭4～14.8m，為了避免產生管涌、流土等滲透變形現象，采取以下做法。

1）采用?800mm的軸式雙閘門螺旋輸送機設計（圖3），能排出尺寸在290mm×520mm以內的石子，且能有效防止螺旋輸送機噴涌。

圖3 雙閘門系統

2）多元化渣土改良：①土倉注入足夠的稠泥漿，根據國外施工實例，圓粒層段掘進時需向土倉內注入粘土改良成流塑狀態，實現滿倉掘進并有效防止噴涌，稠泥漿輸送采用混凝土泵（接力）連續將稠泥漿送入臺車儲罐內，再由柱塞泵送入土倉；②通過泡沫系統注入膨潤土漿到刀盤面板；③必要時注入聚合物改良渣土，特別是可能噴涌時在螺旋機前端注入；④發生噴涌后立即關閘停機，首先在螺旋機前端注入聚氨酯封堵，再對土倉渣土補充改良，然后利用雙閘門分次排土掘進，盡早恢復正常狀態。

4 開倉換刀

盾構隧道穿越的地層主要為自穩性較差的富水圓礫地層，滲透系數80～105m/d，盾構中心水頭4～14.8m，自穩性較差，除聯絡通道加固范圍外常壓下開倉存在坍塌的風險。為了確保進倉作業人員的安全，必須采用帶壓開倉。

配備帶壓進倉系統：①配置充足的壓縮空氣供應系統：每臺盾構分別配置2臺10m3/min空氣壓縮機，為在透氣性大的砂礫石地層中帶壓進倉換刀創造條件；②配置壓縮空氣自動調節系統（Samson系統）：Samson系統能設定土倉內氣體壓力，當土倉內氣體壓力波動時能自動調節，保持土倉內壓力的恒定，為人員進倉作業提供了可靠的保證；③配備超前鉆機系統：通過在中盾、承壓隔板上開設超前注漿孔實現對刀盤前上方掌子面的超前加固，從而實現穩固土體開倉換刀的目標。

5 盾尾密封

本項目線路單線最長為1 440m，掘進地層主要為圓礫層，對尾刷的磨損影響較大，地下水位高于隧道埋深最大為14.8m，該地層滲透系數大，為了確保本工程施工的安全，需保證盾尾止水效果，施工過中做好尾刷的保護及更換措施，確保盾尾密封的完好性。

1）保證盾構始發前第一次油脂的涂抹質量。

2）保證油脂質量及施工中盾尾油脂量和壓力。

3）控制壁后注漿壓力，避免漿液擊穿盾尾刷。

4）保證管片拼裝質量，防止管片拼裝變形和管片錯臺后使得盾尾密封無法緊密包裹整環管片，形成滲漏通道。

5）對管片拼接邊的管片縫隙粘貼可壓縮防水密封填充物，保證盾尾刷緊貼管片，保證油脂倉飽滿，有效保護盾尾刷。

6）掘進過程中出現尾刷磨損轉為嚴重，但距離接收井較遠，因此選擇在聯絡通道加固體進行尾刷的更換，掘進過程中的盾尾刷更換只能更換盾尾前兩排尾刷，更換后滿足了盾構正常掘進。

6 盾構過江風險

動～魯區間盾構需下穿心圩江，且需近距離從心圩江橋樁和高壓電線塔通過，隧道邊界距離橋樁最近為7.4m。心圩江底隧道拱頂從下往上依次為約5.5m的強透水層圓礫地層、0.5m的淤泥質粘性土層厚和2m的填土層，地層穩定性較差，且心圩江下游已攔壩蓄水，致本區間水位上升，盾構在通過時容易出現河床沉降或塌方情況，甚至影響心圩江橋樁的穩定。盾構通過前進行優化掘進參數、編制應急措施、防止河床沉降及噴涌,使盾構快速順利地穿越心圩江。

1）盾構在過心圩江過程中，其覆土厚度從17m變化到8m，施工過程中對土倉壓力進行控制，防止江底的隆起，減小對地層的擾動。

2）盾構在過心圩江前先通過動物園站～魯班路站2#聯絡通道加固體，在加固體內提前對刀具進行檢查及更換，并采用全新刀具配置通過心圩江底，確保盾構在通過江底時不會出現由于刀具磨損導致扭矩過大而無法掘進的情況，確保盾構順利迅速通過。

3）在盾構通過前對盾構設備進行全面檢查，特別是盾構施工易磨損的部位進行更換，確保盾構以最佳的狀態通過心圩江。

4）采用滿倉模式進行掘進，可有效防止上層覆土的坍塌，且控制好開挖量，嚴禁超挖，加強監測，做好防噴涌措施。

7 結 語

本工程通過地層主要為圓礫層⑤1-1，局部穿越砂層、粘土層，在盾構掘進擾動中其穩定性較差，易產生沉降。盾構長距離在圓礫地層中掘進，刀盤、刀具和螺旋輸送機極易磨損，因此通過提前制定應對方案，并在實際施工中得以有效的應用，減少后續施工困難，確保施工的安全性，優質高效的完成該項目施工，為后續同類地層施工積累了豐富的經驗。

[參考文獻]

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