（中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

濟南地鐵R3號線盾構(gòu)施工處于泉脈發(fā)育地質(zhì)段，穿越中風化石灰?guī)r層，存在巖石裂隙水、泉水溶洞通路涌水、圍巖變形破裂等風險，且周邊地表覆土層多為人工回填的素填土，自穩(wěn)性和密實性較差，屬于典型的上軟下硬石灰?guī)r地層。為確保盾構(gòu)安全快速施工，需控制盾構(gòu)平穩(wěn)推進速度，最大限度的保護圍巖天然結(jié)構(gòu)強度，減少變形產(chǎn)生土體裂縫造成圍巖強度的損失。

在上軟下硬石灰?guī)r地層大斷面盾構(gòu)掘進施工過程中，掘進參數(shù)的控制對成型管片質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用。針對濟南地鐵R3號線上軟下硬石灰?guī)r地層盾構(gòu)施工，通過對盾構(gòu)掘進參數(shù)進行過程控制，并采用新型的渣土改良技術(shù)，對渣土進行改良，有效確保了泉脈發(fā)育地質(zhì)段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地面建（構(gòu)）筑物的安全，提高了管片拼裝質(zhì)量和盾構(gòu)掘進效率。

2 施工關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

2.1 土倉壓力值設(shè)定

上軟下硬石灰?guī)r地層開挖面上部土體自穩(wěn)性、密實度較差，盾構(gòu)掘進時瞬間崩解，強度急劇降低，下部為中風化石灰?guī)r。在盾構(gòu)掘進中，為防止刀盤前方地層損失，需要在開挖面建立一定的壓力來防止地下水大量涌入土艙，減少水土流失及防止出土器噴涌。結(jié)合工程實際，龍孟盾構(gòu)區(qū)間隧道覆土厚度為8.7～11.3m，綜合計算后，土倉壓力取80%土體豎向壓力，計算的理論土壓力在盾構(gòu)推進時土倉壓力略高于理論值0.01MPa。盾構(gòu)出加固區(qū)土倉壓力設(shè)置為0.12MPa，正常掘進及房屋段土倉壓力均按照0.13MPa設(shè)置，根據(jù)推進實際情況，對土倉壓力有0.01MPa的實時調(diào)整，其中，土倉壓力值大小隨掘進環(huán)號變化見圖1。

圖1 土倉壓力值變化統(tǒng)計圖

2.2 推力及扭矩設(shè)定

盾構(gòu)的推力指為保證盾構(gòu)推進所需的千斤頂推力總和，刀盤扭矩是指為保證開挖面土體的切削和排出所需的刀盤扭矩。盾構(gòu)始發(fā)時為確保反力架及始發(fā)架穩(wěn)定，需嚴格控制推力。在濟南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間，刀盤在素樁加固體中掘進以“磨”為主，洞門封堵完成前，推力控制在800t以下；正常掘進后，掘進斷面處于上軟下硬石灰?guī)r地層中，為保證成型管片姿態(tài)及質(zhì)量要求，推力值控制在1 300～1 500t，控制刀盤扭矩控制在1 500～3 500kNm，通過合理控制推力和刀盤扭矩有效確保了盾構(gòu)的順利運行，盾構(gòu)推力及刀盤扭矩隨掘進環(huán)號變化見圖2、圖3。

圖2 盾構(gòu)推力值變化統(tǒng)計圖

圖3 刀盤扭矩值統(tǒng)計圖

2.3 出土量

濟南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間隧道掘進，每環(huán)理論 出 土 量 ＝ πR2L＝ 3.14×(6.68÷2)2×1.2＝42.03m3/環(huán)，土的松散系數(shù)取1.1，盾構(gòu)推進出土量控制在98%～102%之間，即每環(huán)的實際出土量控制在45m3/環(huán)～47m3/環(huán)。為確保渣土的排出量與掘進的開挖量相匹配，獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值，使掘進機的工作處于最佳狀態(tài)，根據(jù)地表隆陷監(jiān)測結(jié)果和對應(yīng)的土倉壓力，總結(jié)出掘進一環(huán)的合理出渣量選定為46m3/環(huán)，龍孟區(qū)間前100環(huán)出土量統(tǒng)計見圖4。

圖4 出土量變化值統(tǒng)計圖

2.4 同步注漿量

同步注漿是保證地面建筑、地下管線、盾尾密封及襯砌管片安全的重要一環(huán)，其目的主要體現(xiàn)在：①及時填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍土體，有效地控制地表沉降；②凝結(jié)的漿液將作為盾構(gòu)施工隧道的第一道防水屏障，增強隧道的防水能力；③為管片提供早期的穩(wěn)定并使管片與周圍土體一體化，有利于盾構(gòu)掘進方向的控制，并能確保盾構(gòu)隧道的最終穩(wěn)定，在上軟下硬石灰?guī)r地層掘進中，采用了漿液配合比（質(zhì)量比）為：消石灰∶水泥∶粉煤灰∶砂∶膨潤土∶水＝60∶50∶350∶850∶50∶350的配比，通過試驗檢測，滿足要求。龍孟區(qū)間前100環(huán)同步注漿量統(tǒng)計見圖5。

圖5 同步注漿量變化統(tǒng)計圖

2.5 掘進速度控制

在上軟下硬石灰?guī)r地層中，為保護盾構(gòu)機刀盤，減少刀具損耗，加固體內(nèi)掘進以“磨”為主，盾構(gòu)推進速度宜控制在10～15mm/min內(nèi)，以防止對加固體造成過度擾動并保護刀具。盾構(gòu)正常推進時，根據(jù)同步注漿速度、刀盤扭矩等參數(shù)控制掘進速度，速度宜控制在3～4cm/min左右，在盾構(gòu)穿越建筑物，掘進速度宜控制在2～3cm/min，濟南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間前100環(huán)掘進速度統(tǒng)計見圖6。

圖6 掘進速度變化統(tǒng)計圖

2.6 二次注漿量

考慮到周邊環(huán)境保護和隧道穩(wěn)定因素，盾構(gòu)機穿越后通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿。在上軟下硬石灰?guī)r地層中，二次注漿采用水泥單液漿及水泥、水玻璃雙液漿配合使用，1∶1純水泥單液漿配比（1m3漿液）為水泥∶水＝756kg∶756kg；水泥、水玻璃雙液漿配比（1m3漿液）為水泥∶水∶水玻璃＝712kg∶712kg∶120kg。二次注漿的水泥漿注漿壓力一般為0.4～0.5MPa，漿液流量：10～15L/min，一般每5環(huán)注一次，每次注漿量約為2～4m3，形成有一定范圍的環(huán)箍，從而限制隧道的變形和沉降，龍孟盾構(gòu)區(qū)間不同注漿環(huán)號注漿量統(tǒng)計值見圖7。

圖7 二次注漿量變化統(tǒng)計圖

3 渣土改良施工

當盾構(gòu)在上軟下硬石灰?guī)r地層中掘進時，由于開挖面粘性土具有內(nèi)摩擦角小、粘性大和流動困難等特點，使得粘性土體粘附在刀盤上，被刀盤從開挖面上切削下來的粘土，通過刀盤碴槽進入壓力艙后，在土倉壓力下容易被壓實固結(jié)，最終導(dǎo)致刀盤和整個壓力艙內(nèi)形成堅硬“泥餅”，為解決在上軟下硬石灰?guī)r地層中掘進存在結(jié)泥餅的風險，采用發(fā)泡劑對碴土進行改良，并通過刀盤上的泡沫孔或土艙壁上的球閥向開挖面、土艙內(nèi)注射水，提高碴土的流動性，降低刀盤及土艙的溫度。同時在上軟下硬地層半敞開模式下盾構(gòu)施工，當盾構(gòu)停機拼管片作業(yè)時，通過土倉向開挖面輸送膨潤土漿液，漿液在開挖面形成封閉泥膜，有效減少開挖面水土流失，保持土壓穩(wěn)定。

4 施工測量與監(jiān)測

4.1 施工測量

盾構(gòu)掘進期間，精確的測量控制對指導(dǎo)盾構(gòu)掘進起重要作用，可減少盾構(gòu)糾偏，提高掘進精度。施工測量滿足以下要求。

1）洞內(nèi)測量施測環(huán)境復(fù)雜，精度要求高，采用三維坐標法進行測量。洞內(nèi)測量包括盾構(gòu)姿態(tài)和襯砌環(huán)片的測量、成型環(huán)片的測量，測量頻次：正常掘進狀態(tài)下，每10環(huán)進行一次成型管片姿態(tài)測量；在盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)異常偏差時，需每天測量1次成型管片姿態(tài)。

2）盾構(gòu)隧道限界要求嚴格，凈空斷面尺寸測量采用解析法測量。

3）布設(shè)足夠的控制點，并精心做好標記，加強對控制點的保護和檢查。為保證測量精度，配備先進的測量儀器，使用先進的測量技術(shù)。

4）負責保存好管段內(nèi)全部的三角網(wǎng)點、水準網(wǎng)點和自己布設(shè)的控制點，防止移動和損壞，一旦發(fā)生損壞，及時采取補救措施。

5）全部的控制點三維坐標經(jīng)檢查合格后，方可開展后序工作。

6）聯(lián)系測量包括導(dǎo)線定線測量、高程傳遞測量，需進行4次，分別為：始發(fā)前、掘進100m完成后和掘進300m完成后，到達前100～200m。

4.2 施工監(jiān)測

盾構(gòu)掘進前，詳細了解施工影響范圍內(nèi)的地面建、構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物、地下管線的情況及保護要求并按盾構(gòu)掘進施工監(jiān)控量測項目（表1）要求進行監(jiān)測。施工監(jiān)測時需加強巡視，把監(jiān)測信息及時反饋給掘進班組，及時調(diào)整掘進參數(shù)。

5 施工質(zhì)量保證措施

1）加強現(xiàn)場施工材料管理，嚴格執(zhí)行進料檢驗程序，保證施工材料滿足設(shè)計和規(guī)范要求，不合格材料不得進場使用，確保工程質(zhì)量。

2）配料采用經(jīng)計量準確的計量工具，嚴格按照設(shè)計配比配料施工。

3）注漿嚴格按照程序施工，每段進漿要準確，注漿壓力一定要嚴格控制，專人操作。當壓力突然上升或從孔壁、地面溢漿時，應(yīng)立即停止注漿，每段注漿量應(yīng)嚴格設(shè)計進行，跑漿時，應(yīng)采取措施確保注漿量滿足設(shè)計要求。

4）每道工序均要按排專人，負責每道工序的操作記錄。

5）整個注漿施工應(yīng)密切注意和防止地面出水溢漿、隆起等情況，加強對施工地段的沉降觀測。

6）注漿前必須做好充分的注漿準備，注漿一經(jīng)開始應(yīng)連續(xù)進行，力求避免中斷。

表1 盾構(gòu)掘進施工監(jiān)控量測項目

6 結(jié) 語

針對上軟下硬富水石灰?guī)r地層，濟南地鐵R3號線在盾構(gòu)施工中通過嚴格控制斷面盾構(gòu)掘進參數(shù)并采用新型的渣土改良技術(shù)，解決了上軟下硬石灰?guī)r地層盾構(gòu)區(qū)間施工過程中容易出現(xiàn)地表沉降導(dǎo)致建筑物變形、開裂等問題，提高了上軟下硬地層盾構(gòu)掘進的施工效率。通過此次盾構(gòu)施工，積累了寶貴施工參數(shù)，可為以后類似工程施工提供重要參考。

[參考文獻]

[1]陸云涌．地鐵工程施工技術(shù)綜述[J]．山西建筑，2009，10(28)：219-130.