淤泥質土層淺埋盾構始發施工技術研究

宋之勇

（中鐵二十二局集團軌道工程有限公司，北京 100043）

文章深入研究了某洲支線的施工項目中盾構隧道位于淺埋的淤泥層的工況，剖析了盾構隧道穿越淤泥層施工發掘過程中可能出現的問題，并提出了可行的解決措施，使其順利地穿過了被淤泥覆蓋的土層，并且在這一構建區間內的成型管片沒有出現大規模的超限情況。

1 項目概況

某洲支線的施工過程中的隧道部分包括豎井—蓮花站盾構區間，左側線長度約2640m，右線長度約3257.361m；明挖口的隧道，左側起止線長度約195.41m，右線長度約195.41m；路基段，起止里程約185.41m；某中段橋，起止里程約93.2m。整條線路跨越了5個村鎮，隧道總長度為4.047km，項目總投資高達8.65億元，合同工期48個月，從2018年12月26日至2022年12月26日。

1.1 施工流程

按照該盾構的施工質量和程序要求，先布置盾構的加固和始發場地，接著按照盾構掘進的發展，清理盾構的解體物質，安排施工的通道。在施工的過程中，隧道使用兩臺平衡機對土質進行壓實，盾構機自始發后，每次試著掘進100m。

1.2 盾構施工的地質條件

在該盾構區間隧道的施工過程中，掘進土層的質地分布狀態比較均勻，主要是淤泥層，且含水量較高，屬于軟土，具有流塑性；局部有黏土，呈粉質狀態，具有可塑造性，屬于硬土，性質較好。

1.3 區間結構設計總體方案

在該盾構隧道施工區間內，始發時所需要的管片和軌道等從明挖洞口吊裝進入井內，始發進行掘進后，拆除盾構的管片和反壓力架等工具。為了保證盾構的平穩性，在兩邊分別設置了支撐；為了保持管片的狀態，在防翻支撐上設置了縱向工字鋼。

2 盾構掘進施工控制技術

盾構施工過程中參數的控制是盾構技術控制方案中的主要內容。此次隧道施工過程中，對盾構機器設備進行推動時，根據推動力、刀盤施工轉速、出產土量、倉管壓力、管片形狀控制等對盾構隧道在淺埋淤泥質土層的施工進行了有效管理和控制，解決了施工過程中淺埋淤泥層隧道的沉降問題，盾構施工安全地穿過淺埋淤泥層，項目順利完成。以下對具體的控制方案進行分析。

2.1 推動力控制

分析盾構機器設備的推力構成，除了需要控制盾體在前進過程中和地面間產生的摩擦力，還要考慮配備臺車的牽引力以及土體對施工面的壓力。土壓力大小關系推動力的大小，土壓力大推動力就相對較大，土壓力小推動力也就相應較小。整體而言，淺埋淤泥質土層的推動力偏小。在隧道中，區間推動力的大小約為5000kN，由于推動力過小不能形成有效的區間壓力，不利于盾構姿態的調整，需要調整盾構姿態時，必須在合適的位置放置千斤頂以抵抗壓力。例如，向右側糾偏時，可以適當加大左施工面的區間壓力，同時減小其他方位的壓力值；也可以減少區間內千斤頂的數量，進而減小壓力，這樣可以在相同的程度上增加相應區間的壓力差異值。需要注意的是，在每一塊管片的推進過程中，至少需要一個千斤頂作為支撐，以確保在推進過程中管片不會造成移動帶來的風險。

2.2 刀盤控制

淺埋淤泥層盾構施工過程中，采用的刀盤是轉速相對較低的刀片，其轉速約0.5r/min，以減少對整個隧道施工過程中的擾動。正常施工中，則宜采用轉速略高的刀盤，這樣可以讓整個工程施工的貫入程度保持在一個較好的水平。

2.3 出渣控制

施工過程中，按照特定的公式計算出渣量和出土量，設定預期的出渣量數值。在盾構始發過程中，還需要專業人員根據實際出渣情況進行過程控制和工況調整。用施工渣斗車分區域進行量化，從頂部順著渣土車向下數，按每10cm對應的出渣情況進行土量的準確計量和計算。保證每個環節的出渣情況能夠得到準確計算，并及時地做好計算記錄。同時，結合地表情況的監測數據和結果反饋，判斷是否出現超方的情況。經過隧道時，在施工過程中需要嚴格控制出渣和出土的情況，當裝滿一斗的渣土時，需要按照盾構的設計方案，比對合適盾構掘進的工程量和里程，盡量避免在施工過程中出現超方掘進的情況，進而保障隧道施工的安全。

2.4 土壓控制

土壓的理論計算值采用朗金土質壓力理論。為了保證土體壓力在適當的水平，順利地進行盾構施工，在實際控制土體壓力時，需要在理論值基礎上，增加大約0.02MPa的壓力值作為土倉的壓力初始值。在推進盾構的施工過程中，應根據地表監測情況和刀盤推進引起的地表沉降和變形情況，及時進行監測和控制，并將實時情況通知盾構機器設備操作人員，使操作人員通過對監測情況和地表沉降現象的分析，更加合理地控制盾構機器設備，調整掘進的速度和力度，控制出土的速度和體積量，以確保土體壓力在可控范圍。

2.5 盾構機施工狀態控制

在區間內，隧道中存在著富水的淺埋淤泥質土層，容易導致盾構機的盾尾、管片設備以及管片上浮。在推進的過程中需要將盾構機的狀態控制在預先設計的軸線水平之下，采取較低位置的施工模式推進施工。通過控制管片的施工方式，結合管片的狀態形式，適當地控制和調整盾構機的施工狀態。在富水層，已經成型的管片如果脫出盾構機的尾部，會受到浮力的影響造成上浮。在施工過程中需要考慮以下問題：第一，調整漿液的初凝時間，控制管片上浮的時間。第二，增加上面部位的注漿量，縮小管片上浮的空間，以減少上浮量。管片在拼裝過程中在下部存在適當的超前量，使盾構機在推進過程中油缸和管片之間存在向下的分力，可以抵消一部分管片上浮的力。需要注意的是，管片的超前控制量不能太大，太大有可能會損壞管片。第三，在管片拼裝過程中，可以結合具體情況降低3mm左右的水平標高，以此為管片的上浮提供一定的空間，減少頂部管片在上浮過程中可能存在的破損。第四，在進行二次注漿時，要及時跟進控制，分析測量結果。上浮量較大時，需對該管片的頂部進行加壓注漿，在底部開孔，釋放適當的壓力，如有必要，對管片進行更換和調整。

2.6 隧道內注漿控制

在隧道盾構施工過程中，隨著掘進不斷推進，盾構機的挖掘直徑逐漸大于管片的直徑，在土壤結構和管片之間會形成空隙。為了填補這些空隙，盾構機在推進中需要保證適當的壓力，持續不斷地從盾尾部向后注漿。在該項目中，始發土層為淺埋淤泥質土，地基的自穩定性較差，在外力的作用下容易因攪動干擾造成強度降低，這給盾構施工保持土體壓力造成了很大的困難。若前期出現沉降現象，則盾構推進后沉降將得不到及時的收斂，會阻礙施工進程；如不能及時地進行注漿加固，可能造成盾構在隧道中管片上浮等施工問題。用注漿的方式填充管片周邊填充的目的主要包括以下三個方面：第一，防止地表變形，減少地表沉降；第二，防止管片在隧道施工中的變形和位移，提高工程的穩定性水平；第三，為隧道工程加設一道防水層，有效改善隧道后期的抗滲性能。

2.7 盾構機在掘進過程中引起的沉降控制

在盾構施工時會對土體造成擾動，引起土層損失以及周邊結構受到重塑和剪切的土質再次固定，這是施工過程中出現沉降的原因之一。在淺埋淤泥層中，利用盾構的原理進行隧道施工，盾構機在通過時會引起地表的下沉。而且盾尾脫離之后，這一現象會加速，形成沉降地帶，下沉速度隨著時間的推進而減慢。與此同時，沉降狀況還會受到盾構施工經過的土層地質情況以及施工工程量和地表負荷能力的影響，因而存在很大的差異性。

2.8 同步注漿控制

為了及時填充土體形成的空隙，防止再次沉降，采用尾部單注漿的方式，即盾構機在推進時始終向后注漿，停止后不再注漿。該方式能夠填補土層破壞形成的空隙，有效地進行填補注漿，充實隧道的空腔，緊實淺埋的淤泥層土體。

3 效果及總結

在目前的施工進度中，盾構區間呈現出較好的施工效果。在整個施工過程中，節約了項目加固的費用，增加了項目的經濟效益，同時對周邊的建筑物和土體保護起到了很好的作用，順利克服了隧道淤泥質地層的施工風險，并且有效地控制了全隧道的沉降問題。