鮑明星

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

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成都砂卵石地層盾構掘進中的地表沉降量控制

鮑明星

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

成都地鐵4號線二期工程(不含同步實施工程)線路全長17.578km，分東、西延伸線兩部分。其中，東延線長6.683km，西延線長10.859km，出入場線長4.581km。共設車站12座(東延線4座，西延線8座)、主變電所1座，文家車輛段擴容及西河停車場1座，B型車6輛編組(138輛)。依托成都地鐵市政軌道交通盾構工程項目，淺述大粒徑、高強度富水砂卵石地層盾構掘進地表沉降量控制技術。

大粒徑 高強度 富水 砂卵石 盾構 地表沉降 控制技術

1 工程概況

成都地鐵4號線二期工程土建2標地處成都市溫江區(qū)，位于我國新華夏系第三沉降帶川西褶帶的西南緣，界于江油～灌縣區(qū)域性斷裂帶和龍泉山褶皺帶之間，為一斷陷盆地。卵石層埋藏深0～5.3m，厚度5.2m～9.7m。卵石單軸抗壓強度65.5MPa～184MPa，平均102.2MPa，極值206MPa。在該層中還存在鈣質膠結、半膠結的礫石層，硬度大。本標段光西盾構區(qū)間隧道所穿越的巖層以中密卵石土〈2-9-2〉、密實卵石土〈2-9-3>和密實卵石土〈3-8-3〉為主，砂卵石較為密實，且所處地層透水性較好。

2 施工難點與解決方案

地表沉降量控制施工難點主要有以下三個方面：

(1)受砂卵石土層較大滲透率的影響，在盾構掘進過程中難以形成不透水塑流性碴土，致使土壓平衡機理不能建立或土倉壓力不穩(wěn)定情況發(fā)生，從而造成地表沉降；

(2)當碴土改良不滿足要求時，螺旋輸送機易出現(xiàn)噴涌，不僅導致土倉壓力損失，還會因出碴不順影響掘進進度導致出土量不可控，從而發(fā)生地面沉降；

(3)注漿量未能將管片與地層之間的縫隙填充密實，易造成地表沉降。

地面出現(xiàn)沉降量過大的現(xiàn)象，除去盾構掘進前方地層原有空洞外，根本原因就是盾構掘進過程中超量出土，又未能及時填充到位。

根據(jù)地質、環(huán)境條件，制定合理的管理基準值和偏差范圍。如土倉壓力、推力、扭矩、掘進速度、出渣量、注漿壓力和注漿量、渣土改良參數(shù)等。同時對出土重量和體積、注漿壓力和注漿量、盾構姿態(tài)等重點參數(shù)應實行分級管理制度，超過規(guī)定程度應及時提醒管理層級進行專題研究處置，從而有效地解決因盾構施工造成地表沉降量過大導致的地表沉降或坍塌事件。

3 主要施工技術

3.1 渣土改良

成都砂卵石地層中掘進施工，如果渣土改良不好，刀盤、土倉很容易結泥餅，嚴重影響掘進施工出渣量控制，甚至威脅地面及周邊建構筑物結構安全。

根據(jù)隧道工程地質和水文地質條件、地表環(huán)境情況，對流塑性和抗?jié)B性不滿足掘削面穩(wěn)定要求的渣土進行改良，選用優(yōu)質泡沫劑，輔以添加對應地層特性的化學試劑，使之成為密水性好、流塑性好、和易性好的土倉承壓介質。改良好的渣土在土倉中準確傳遞開挖面的水、土壓力，實施土壓平衡掘進，減小對地層的擾動，同時也可減小對刀盤、刀具和螺旋輸送機的磨損。

3.2 出渣控制管理

出渣管理措施包括下述內容：(1)盾構司機準確記錄出渣體積原始記錄；(2)地面施工隊伍負責人準確記錄每環(huán)渣土重量；(3)生產(chǎn)主管、技術主管認真、及時分析出渣情況，指導下一循環(huán)掘進施工；(4)對1.5m管片每環(huán)出土體積(56m3～58m3)與重量(102t～110t)進行雙重控制。

3.3 盾構掘進控制

3.3.1 盾構掘進施工“三平衡”原則。“三平衡”是指土倉壓力與水土壓力平衡、實際出渣量與理論出渣量平衡、注漿量與盾尾建筑空隙平衡。

3.3.2 成都富水砂卵石地層不穩(wěn)定、易坍塌，在掘進速度、出渣、地面沉降可控情況下，宜低轉速，以減輕刀盤旋轉對地層擾動，建議刀盤轉速控制在(1.0～1.5)r/min為宜。

3.3.3 在土壓平衡掘進模式下，土倉壓力可采取控制油缸推力、根據(jù)掘進速度調整排土量、調整泡沫參數(shù)等方式，使土倉內的壓力穩(wěn)定平衡，建議上部土倉壓力不小于0.6bar。

3.3.4 在密實砂卵石相對穩(wěn)定地層中掘進，對刀盤面板及刀具噴灑泡沫以減磨降溫，宜實施土倉壓力小的滿倉模式掘進，以加快掘進速度，減輕盾構磨耗。

3.3.5 在稍密砂卵石自穩(wěn)較差地層中掘進，宜采用土倉壓力相對較大的滿倉模式掘進。

3.3.6 在砂卵石不穩(wěn)定地層中，以大推力、大貫入度、適度轉速的大扭矩進行控制掘進。

3.4 盾構注漿控制

在盾構掘進過程中，注漿工序可分為同步注漿、二次注漿和地表跟蹤注漿三種。

3.4.1 同步注漿

(1)當盾構機進入洞門后，立即進行洞圈扇形壓板的整理加固工作，對扇形壓板固定螺栓進行復緊；

(2)盾構進入洞門后掘進至第5環(huán)(脫出盾尾管片3環(huán))時，開始同步注漿填充洞門，同步注漿水泥量適當增加，第一環(huán)注漿相對計算體積稍大，根據(jù)洞門滲漏情況嚴格控制注漿壓力，避免過壓擊穿洞門環(huán)形密封橡膠板和盾尾，注漿過程中現(xiàn)場人員全程值班監(jiān)控洞門情況；

(3)同步注漿量計算(以1.5m環(huán)寬管片)

注漿量Q=(D2-d2)/4πBq=5.87(m3)

式中，D——刀盤開口直徑；d——管片外徑；B——管片環(huán)寬；q——漿液填充系數(shù)(經(jīng)驗值)。

3.4.2 二次注漿

(1)當盾構推進至12環(huán)左右時，洞門1～8環(huán)位于連接橋位置，已便于二次注漿操作，即對加固區(qū)內脫出盾尾的1～8環(huán)管片進行二次注漿封堵，應采用單液、雙液漿間歇交叉注入，分多次、均勻、少量進行，以達到擴散填充和加固均勻有效，不流失、漏出洞門，達到封堵洞門的目的；

(2)始發(fā)段及穿越復合地層掘進時，每20環(huán)進行二次注漿，使管片背后填充物快速凝固并達到一定強度，以達到約束管片、防止管片上浮，同時可封堵管片背后的滲水通道，防止洞門及盾尾漏水漏沙漏漿；

(3)根據(jù)地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，對沉降偏大處地表下方對應的里程進行二次注漿，以補充土體損失，使沉降發(fā)展盡快趨于穩(wěn)定；

同步注漿體積(6m3～8m3)與壓力(2bar～3bar)雙重控制、二次注漿與重點地段補償注漿雙重控制、沉降監(jiān)控量測控制。

3.4.3 地面跟蹤注漿

針對成都砂卵石地層，地面加固處理需反應快，加固點準。地面加固處理基本流程為：掘進出渣量統(tǒng)計→分析出渣量→確定里程→儀器探測管線→人工挖探坑→鉆機鉆孔→注漿加固/注混凝土。

(1)分析出渣量，找準里程點；

(2)地面盡快鉆孔注水泥漿或灌注混凝土，井下盾構加快流程讓盾構機盡快通過；

(3)地面鉆孔處理容易破壞地下管線設施，其注意事項：①采用儀器檢測；②找到管線兩端井口，進行測量；③管線調查并人工挖探坑確認。

3.5 防噴涌技術

(1)盾構螺旋輸送機系統(tǒng)必須具備斷電自動關閉閘門功能；

(2)增強渣土改良，適當調整加入的泡沫劑參數(shù)，保持渣土的良好流動性。渣土變干，采用“濕泡沫”，渣土變稀，采用“干泡沫”；

(3)嚴格控制加水量，在保持出渣順暢前提下盡量減少加水；

(4)嚴禁空倉作業(yè)、欠壓掘進，采用較高的土倉壓力(土倉壓力一般不宜超過3bar，以防擊穿盾尾刷)的滿倉模式掘進；

(5)選用阻水性能好的優(yōu)質盾尾油脂。

3.6 漂石處理技術

(1)盾構刀盤直接破碎，需配置較多數(shù)量的滾刀，以減小風險；

(2)人工進入土倉破碎風險稍大，需要對地層降水施工、加固處理；

(3)采用靜態(tài)爆破，這種方式風險大、周期長，同樣對地層降水施工、加固處理。

4 結語

大粒徑、高強度富水砂卵石地層盾構掘進地表沉降量控制施工技術研究成果應用后，依托成都地鐵4號線二期工程土建2標光西區(qū)間盾構工程，盾構掘進施工生產(chǎn)得以優(yōu)質、快速、安全的完成，創(chuàng)造了一個成都地鐵首次在該地質條件下盾構掘進施工實例，為我公司、成都地鐵乃至全國類似地質條件下的盾構掘進施工積累了一定的經(jīng)驗。

本次課題研究技術已經(jīng)在成都地鐵4號線二期工程西沿線盾構法施工中大規(guī)模應用，確保了盾構施工安全、優(yōu)質和高效，應用效果良好，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益。

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U455.43：TU478

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2095-1809(2015)05-0114-03

鮑明星(1980-),男,成都人,大學,工程師,中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，多年從事水利水電工程施工、地基與基礎工程施工技術及管理工作。