復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)盾構(gòu)施工的影響及控制措施

李士永，郭利剛，董會(huì)民

北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000

地鐵盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)ǎ?gòu)）筑物、地面交通影響小，施工速度快，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件，是地鐵建設(shè)中常用的工法之一[1]。地鐵盾構(gòu)施工經(jīng)常遇到影響施工進(jìn)程和安全的復(fù)雜地質(zhì)條件，有大粒徑砂卵石地層、高度軟硬不均地層、軟土地層、硬巖、基巖突起與孤石、巖溶隧道與水體下淺覆土等，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行過(guò)大量研究，并取得了諸多技術(shù)突破[2-4]。文章以某地鐵隧道為例，介紹大面積厚填土下隧道穿越軟土?xí)r的復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)盾構(gòu)施工的影響以及采取的控制措施。

1 工程概況

擬建隧道長(zhǎng)度約1045m，底板埋深約8.7～17.0m，隧道直徑6.2m，左右線間距約15m，設(shè)置1設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，正線采用盾構(gòu)法施工，聯(lián)絡(luò)通道采用凍結(jié)加固礦山開(kāi)挖法施工。擬建隧道沿規(guī)劃道路敷設(shè)，周邊環(huán)境以荒地為主，靠近大里程端下穿高架橋和側(cè)穿住宅樓。

2 地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)

擬建工程場(chǎng)地位于南京河西地區(qū)，屬于長(zhǎng)江漫灘地貌單元，地形起伏較為平緩，地勢(shì)呈西高東低狀，勘察期間實(shí)測(cè)鉆孔孔口標(biāo)高為4.43～11.89m。場(chǎng)地覆蓋層約60m，受人類(lèi)長(zhǎng)期活動(dòng)影響，場(chǎng)地分布較厚填土層（2.9～11.5m），下部以全新世中晚期沉積的新近沉積土（包括淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土與粉砂互層、粉細(xì)砂層和中粗砂層）為主，下伏基巖為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。

隧道穿越地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，如圖1所示。場(chǎng)地內(nèi)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土具有壓縮性高、含水量大、強(qiáng)度低和透水性差的特點(diǎn)，工程性質(zhì)極差。隧道上方堆填大面積厚填土，均勻性差，土層松散，強(qiáng)度低，壓縮性高，易變形坍塌。

圖1 擬建隧道某段地質(zhì)剖面圖

2.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)地地下水主要為孔隙潛水和承壓水。潛水主要分布于上部人工填土，埋深1.40～9.50m，受季節(jié)性變化影響較大；承壓水分布于中下部巨厚砂層，埋深4.10～5.90m，雨水期水位略有提高。潛水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水、管道滲漏和場(chǎng)外含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要方式排泄；承壓水補(bǔ)給來(lái)源為場(chǎng)外含水層側(cè)向徑流及孔隙潛水越流補(bǔ)給，以地下徑流為排泄方式。

3 地質(zhì)條件對(duì)盾構(gòu)施工影響分析及控制措施

3.1 地面沉降及控制措施

擬建隧道主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，隧道上方是大面積松散厚填土，地層穩(wěn)定性極差，洞身側(cè)壁、掌子面易失穩(wěn)，易坍塌變形，造成地層損失過(guò)大，引起地面過(guò)大沉降。

地面沉降控制原則是采取各種措施保持隧道周?chē)鷰r土體穩(wěn)定，防止水土流失進(jìn)而控制地面沉降。就該工程而言，主要采取以下控制措施[5]。

（1）對(duì)隧道周?chē)馏w進(jìn)行加固改良，一般采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴。

（2）盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)合理設(shè)置土壓力值，保持開(kāi)挖面平穩(wěn)，防止超挖和欠挖，選用土壓平衡式盾構(gòu)設(shè)備，減少對(duì)土層的擾動(dòng)。

（3）控制盾構(gòu)姿態(tài)，推進(jìn)軸線盡量與隧道軸線保持一致，嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量，減少盾構(gòu)在地層中的擺動(dòng)與對(duì)地層的擾動(dòng)。

（4）選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，提高隧道施工速度和連續(xù)性，減小施工對(duì)地層的影響。

（5）嚴(yán)格控制好盾尾注漿，使用合適的添加劑對(duì)土體進(jìn)行改良，必要時(shí)進(jìn)行二次注漿，同時(shí)選用抗?jié)B性較好的襯砌結(jié)構(gòu)。

3.2 填土的影響及控制措施

隧道上方分布有大面積厚填土，具有均勻性差、強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。填土層被盾構(gòu)施工切割后留下的臨空土體毫無(wú)自身穩(wěn)定能力，造成地面沉降或垮塌。填土不僅對(duì)隧道施工影響較大，還對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全造成威脅。后期建設(shè)開(kāi)發(fā)卸載會(huì)使地基土產(chǎn)生回彈，從而導(dǎo)致已建成隧道產(chǎn)生隆起的風(fēng)險(xiǎn)，不均勻隆起變形會(huì)造成管片開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響地鐵的正常使用。建議采取以下技術(shù)措施加以防范。

（1）在隧道施工前對(duì)場(chǎng)地堆積填土進(jìn)行換填、清運(yùn)、加固及整平處理，加固范圍不小于盾構(gòu)影響范圍，整平后的地面標(biāo)高宜按地塊規(guī)劃控制要求確定。

（2）施工時(shí)控制好盾構(gòu)姿態(tài)和掘進(jìn)速率，加強(qiáng)同步注漿，做好信息化施工管理，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，減少填土對(duì)盾構(gòu)施工的影響。

（3）對(duì)隧道周?chē)馏w進(jìn)行加固改良，減少后期堆載可能對(duì)建成隧道的影響，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。

（4）運(yùn)營(yíng)期加強(qiáng)對(duì)自身及周邊工程建設(shè)監(jiān)控，嚴(yán)控隧道兩側(cè)及隧道上方的工程建設(shè)行為。

3.3 淺覆土層地段的影響及控制措施

擬建隧道部分地段上覆土層厚度約4m，小于1倍的隧道直徑（6.2m），屬于盾構(gòu)淺覆土地段。地下水埋深較淺，淺覆土地段隧道易上浮引發(fā)地面隆起，進(jìn)而造成冒水、冒漿事故，同時(shí)覆土淺與水頭壓力高造成土壓平衡不易建立。

為確保盾構(gòu)安全，建議盾構(gòu)前對(duì)淺覆土段進(jìn)行分層回填壓實(shí)處理，達(dá)到規(guī)劃控制標(biāo)高，必要時(shí)對(duì)隧道周?chē)馏w進(jìn)行預(yù)加固處理。由于覆土荷載小，使開(kāi)挖面壓力允許范圍縮小，在盾構(gòu)掘進(jìn)中，應(yīng)嚴(yán)控開(kāi)挖面壓力，選用優(yōu)良泥漿或添加劑，盡量減小對(duì)地表的影響，最好使用早期強(qiáng)度高、凝結(jié)時(shí)間短的壁后注漿材料。施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際工況，精確控制好土壓、掘進(jìn)速率以及盾構(gòu)姿態(tài)等，嚴(yán)控出渣量，加強(qiáng)管片選型和拼裝工作及施工監(jiān)測(cè)，保證施工的連續(xù)性[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

地鐵盾構(gòu)施工中地面沉降是不可避免的，尤其在當(dāng)隧道埋深較淺，周?chē)临|(zhì)較差的情況下，盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地層的擾動(dòng)更為明顯，同時(shí)復(fù)雜的地質(zhì)條件可能造成隧道隆起、地面冒水冒漿、管片開(kāi)裂等事故。查清場(chǎng)地工程地質(zhì)條件與水文條件，結(jié)合工況對(duì)不良地段進(jìn)行預(yù)加固，施工過(guò)程中嚴(yán)控土倉(cāng)壓力、掘進(jìn)速率及出渣量，還應(yīng)嚴(yán)控盾構(gòu)糾偏量，保持開(kāi)挖面平穩(wěn)，減少地層的擾動(dòng)，保證同步注漿與二次注漿飽滿，加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)等，做好信息化施工管理等措施，最終確保施工安全與質(zhì)量。