地鐵施工中軟弱地層淺覆土盾構始發與掘進技術

馮 浩

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430061）

當前，我國多數大中型城市均在進行地鐵工程建設，同時諸如北京、上海等城市已經形成了高度發達的地下軌道交通網絡。但縱觀當前的工程現狀，在軟弱地層淺覆土盾構的施工難度普遍偏大，其中存在諸多亟待解決的技術難題，嚴重制約了地鐵工程的開展。對此，有必要進行相應的技術探討，本文提出的淺覆土盾構掘進技術，可以創造更為穩定的施工環境，大幅提升工程質量。

1 工程概況

1.1 區間概況

某市地鐵3號線工程建設中，該施工區段對應總長為1 317.744m，以盾構機設備為基礎，由南站作為始發掘進點，最終施工至北郊車輛段。勘察結果表明，盾構機始發區域的覆土為4.1m，其中最低處為3.7m，在此之后出現轉折并以3.2%的幅度下坡。

1.2 工程難點

工程技術人員對項目所在區域進行了勘察，發現出段線隧道拱頂埋深淺層地層具有明顯的軟弱特性，這對盾構機始發與掘進作業提出了較高的要求。此現象對于省道公路下方而言更為明顯，受其車流量較大的影響，路面及其周邊均會出現不同程度的沉降。地面沉降控制是本工程的重點內容。

2 控制地面沉降的主要措施

盾構機在進行掘進施工時將會引發地面沉降現象，其誘發因素多種多樣，諸如支護力超出了合理范圍、淺覆土土壓明顯偏低等。考慮到此類問題，工程采取了針對性處理措施:①對地面土體進行加固處理，由此提升其承載水平；②給予隧道上方一定的壓力；③對所使用的盾構設備參數進行優化；④基于同步注漿的方式進行施工，并在間隙處填入適量的漿液。

2.1 始發井端頭加固技術

對于南站盾構始發端頭井區域而言，其表現為明顯的硬塑狀特性。經勘察后得知，該區域內地下水較少，因此以大管棚注漿技術為基礎，并綜合引入了地面袖閥管注漿技術。經施工后，所得到的地基加固長度達8m，寬度達3m，同時深度達4m，基本可以滿足后續的施工要求。

2.1.1 大管棚注漿加固

定位到始發洞門隧道頂部120°區間，在此基礎上進行大管棚注漿加固處理，所使用管棚材料的規格和布置方法如圖1所示。在施工過程中，以水泥單液漿為宜，控制水灰比1∶1的狀態，將注漿壓力穩定在0.3～0.5MPa。

圖1 始發井端頭管棚加固孔布置

2.1.2 地面袖閥管注漿加固

在進行地面袖閥管注漿加固施工時，所得到的加固范圍與上述相同。但需注意的是:孔間距應控制為800mm，并采用梅花形布置方式。將水泥和膨潤土作為原材料，由此制得袖閥管套殼料，施工中二者的水灰比以1∶1.5為宜；在進行注漿施工時需使用到雙液漿材料，水泥和水玻璃的配比以1∶1為宜。注漿壓力對于施工質量起到了尤為重要的影響，應將其控制在0.2～0.5MPa，加固孔布置方案如圖2所示。

圖2 始發井端頭地面袖閥管加固孔布置

2.2 淺覆土區間地面加固技術

經勘察后可知，淺覆土中含有大量的雜填土及黏土，受此影響應采用袖閥管注漿的方式進行加固處理，經此操作后可確保土體抗壓強度達到1MPa及其以上水平，由此避免出現地面沉降現象。施工中應控制好加固范圍，將始發井端頭作為起始點，對其線路200m范圍內進行處理，以2m為間距進行布孔，單個間距內的孔量以4個為宜，所得到的孔深應達到3m，同時直徑以90mm為宜。

2.3 地面鋼板反壓

出于對盾構掘進安全方面的考慮，對原方案中的堆土反壓設計做出了相應的改進，由此形成沿隧道軸線而鋪設的40mm厚鋼板，此舉進一步提高了盾構安全性，保障了道路交通安全。

2.4 盾構機掘進控制技術

2.4.1 盾構機掘進參數確定

1）土倉壓力 受區域內淺覆土的影響，在對出段線進行掘進施工時，難以將土壓控制在合理范圍內，因此極易出現冒頂和超挖等問題。從成因上考慮，誘發因素以水土壓力為主，此外還伴有一定程度的外部荷載。相比于隧道埋深高度而言，本工程中淺覆土段的水位明顯低于該值。因此，可以根據公式:土倉壓力=（土容重×埋深+外部荷載）×土的靜比側壓力系數+水密度×埋深進行計算。

2）推進力及掘進速度 這兩大因素會對施工區域的上部土體造成嚴重影響，隨之引發土體變形。對于淺覆土層而言，盾構設備的重點施工對象為黏土層，出于提升地面穩定性的目的，應將掘進速度控制在合理范圍內，本工程中以20～40mm/min為宜，此外推進力以6 000～8 000kN為宜。

3）出土量控制 伴隨著出土量的變化，對應的淺埋段地面沉降程度也不盡相同，通常情況下應以42.4～43.7m3為宜。

2.4.2 同步注漿

應嚴格控制同步注漿量，本工程以4.20～4.86m3為宜，盡管注漿量會對施工質量帶來一定影響，但注漿壓力所帶來的影響更為明顯。經同步注漿施工，28d后其強度應達到2.5MPa。

2.4.3 洞內二次注漿

完成上述施工后，有可能存在少量空隙，此時需進行二次注漿處理，由此起到穩定隧道管片狀態的作用。此環節所使用的材料以雙液漿為宜，嚴格遵循2.1.2節的配比進行配制，并將膠凝時間控制在20～35s。當管片脫離盾尾且數量達到2環后，則由正1環作為起始點進行注漿，此時應以2環為間距進行注漿。考慮到本工程的實際情況，將3點和9點作為本次的注漿點，施工中將壓力穩定在0.25～0.30MPa。

2.4.4 盾構姿態控制

由于上部覆土層的物理性質較為薄弱，因此增大了掘進中出現冒頂現象的可能性。對此，應重點關注掘進坡度與平面軸線這兩大因素，盡可能使二者處于一致狀態。施工中的影響因素較為復雜，需頻繁進行監測，并對偏差現象做出調整。基于此方式，在最大程度上避免了土體擾動的現象。

3 沉降控制效果分析

3.1 盾構機始發與掘進

各個階段所對應的掘進速度存在差異，端頭井區域應以2mm/min為宜，同時設備推力應≤8 000kN，以方案中的理論值作為基準，所得到的土倉壓力應比該值略低，本工程中以0.15MPa為宜。在后續的推進過程中，可以加入適量的泡沫劑，由此緩解刀盤受損。當完成20環掘進后，需對區域內的地面沉降情況進行檢測。對于淺覆土上部區域，壓力以32～36kPa為宜。

3.2 地面沉降量監測

對實際監測結果進行分析可知，在進行淺埋段施工時，其對應的沉降量應處于-8～15mm。由參考工程所提出的10～30mm可知，此次施工的地面沉降得到了良好的控制。

4 結語

文章以地鐵工程為背景，圍繞其軟弱地層淺覆土盾構施工展開探討，提出了大管棚注漿和地面袖閥管注漿兩種技術方法，實際結果表明加固效果良好，可以為盾構掘進施工創造穩定的環境，而周邊的地面交通也不會受到影響。文章所探討的工藝方法具有高度可行性，具有一定的參考價值。