劉 爽

（蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司，江蘇蘇州 215000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高、城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通建設(shè)成為城市地下空間建設(shè)的重要建設(shè)部分，引起了越來越多的各界關(guān)注。近年來，隨著盾構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，盾構(gòu)法施工已被廣泛應(yīng)用于全國(guó)各大城市地鐵區(qū)間隧道的施工中，在地下空間工程施工中表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。盾構(gòu)法適合在第四紀(jì)洪沖積黏土地層中推進(jìn)，并不需要降水，在地下水豐富、地層環(huán)境較差的區(qū)域較為適用：從機(jī)械化程度、施工速度方面來說，機(jī)械化程度高、施工速度快；管片工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化精密安裝，施工質(zhì)量過程中得到嚴(yán)格控制，成為各大城市掘進(jìn)地鐵區(qū)間的首選工法之一。城市地上地下空間的高速發(fā)展，空間資源日益匱乏，新建軌道交通隧道受各方因素限制，面臨復(fù)雜的周邊環(huán)境，須穿越各種不良地質(zhì)，施工工況愈加復(fù)雜，面臨越來越多的未知風(fēng)險(xiǎn)。

富水軟土地層有含水量高、流塑性大、周邊環(huán)境條件差等特點(diǎn)，采用盾構(gòu)法施工過程中易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不受控制現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為盾構(gòu)機(jī)栽頭及上浮，會(huì)引起盾構(gòu)管片的上浮等一系列問題；若盾構(gòu)參數(shù)控制不佳，周邊環(huán)境構(gòu)筑物及地面極易發(fā)生沉降。因此，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)控制，對(duì)保證開挖面的穩(wěn)定、有效控制地表沉降、確保沿線構(gòu)造物的安全、合理選擇施工管理指標(biāo)進(jìn)行掘進(jìn)控制管理等方面均有重要意義。

本文主要針對(duì)蘇州富水軟土地層盾構(gòu)掘進(jìn)通過控制與優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)、渣土改良、改善同步注漿工藝以達(dá)到控制地層變形、管控風(fēng)險(xiǎn)及提高效益的目的。

1 工程概況

蘇州地鐵5號(hào)線通園路站-星港街站區(qū)間（下文稱通-星區(qū)間）位于蘇州工業(yè)園區(qū)金雞湖大道正下方，區(qū)間單線隧道全長(zhǎng)1 054.864 m，左右線隧道總長(zhǎng)2 115.443 m。區(qū)間隧道內(nèi)徑5.5 m、外徑6.2 m，中間設(shè)一處聯(lián)絡(luò)通道，其中區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法施工。通-星區(qū)間隧道埋置較深，盾構(gòu)掘進(jìn)穿越土層為主要以稍密～中密的④/2粉土夾粉砂、⑤/1A稍密的粉土夾粉質(zhì)黏土、軟塑～流塑狀的第⑦工程地質(zhì)層（粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土、粉土夾粉砂層）。最低潛水位標(biāo)高為1.75 m，涉及微承壓水含水層主要為粉土層、粉砂夾粉土層。

2 掘進(jìn)參數(shù)分析及優(yōu)化

2.1 土壓力分析

盾構(gòu)采用土壓平衡掘進(jìn)時(shí)，施工的關(guān)鍵是設(shè)定水土壓力，推進(jìn)速度、推力和出土方量三者的相互關(guān)系，按松弛高度計(jì)算土壓力理論值，對(duì)盾構(gòu)施工軸線控制和地層沉降控制起主要作用。

施工過程中結(jié)合推進(jìn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，適時(shí)調(diào)整土壓力，優(yōu)化推進(jìn)速度、推力及注漿方量，土壓力偏差不超過±10 kPa，以確保地面變形在規(guī)范范圍內(nèi)。

2.2 出土量分析

根據(jù)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和閘門的開口度控制其密封艙內(nèi)土壓力，Φ6 430盾構(gòu)機(jī)理論出土量為46.76 m3/環(huán)。

采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)時(shí)，實(shí)際出土量與理論出土量的關(guān)系為其98%～100%之間，以保證盾構(gòu)正面土體的穩(wěn)定。

盾構(gòu)在保持一定正面土壓力時(shí)，輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了其排土量。為了保持土壓平衡，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速與盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂推進(jìn)速度應(yīng)得到較好的控制，且開挖面穩(wěn)定和正面刀盤土壓力受出土量影響，因此，控制排土量是控制地表變形的重要措施。

2.3 推進(jìn)速度分析

推進(jìn)過程中，通過對(duì)土壓力傳感器的數(shù)據(jù)分析，以控制盾構(gòu)千斤頂?shù)膮^(qū)壓、推力和推進(jìn)速度，以保持適當(dāng)土壓力值使盾構(gòu)推進(jìn)速度與出土速度相匹配。

2.4 同步注漿參數(shù)分析

地表沉降的重要原因是盾構(gòu)穿越導(dǎo)致周邊地層損失、盾構(gòu)隧道周圍土體擾動(dòng)、剪切破壞的重塑土再固結(jié)。施工過程中同步注漿的四個(gè)關(guān)鍵要素分別是：注漿材料及和配合比、注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間，該四要素是防止隧道坍塌、控制地表沉降等事故發(fā)生的關(guān)鍵。為減少和防止地表沉降，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，通過同步注漿及時(shí)填充盾構(gòu)機(jī)盾尾與開挖輪廓之間的間隙，在脫出盾尾的襯砌背后環(huán)形建筑間隙中填充注漿，避免地表沉降。

3 渣土改良

渣土改良目的為平衡盾構(gòu)前方土壓，以便于控制地表沉降、穩(wěn)定開挖面；渣土改良后具有良好的止水性，防止地下水流失，可有效防止土渣黏結(jié)刀盤、產(chǎn)生泥餅，有效降低螺旋輸送機(jī)及刀盤扭矩，減少對(duì)刀具和螺旋輸送機(jī)的磨損，加快盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，提高盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)效率。

渣土改良通常包括往刀盤、土倉(cāng)及螺旋輸送機(jī)添加膨潤(rùn)土或泡沫劑等材料。

（1）泡沫劑的使用。

泡沫溶液的組成：水與泡沫分別占比為水96%、泡沫添加劑4%。泡沫組成：6%～10%泡沫溶液和90%～94%壓縮空氣混合而成。泡沫的注入量按開挖方量及渣土實(shí)際情況計(jì)算為300～500 L/m3，每環(huán)的泡沫注入量原液約為60～100 L。

（2）膨潤(rùn)土泥漿的使用。

配合比為水∶膨潤(rùn)土∶添加劑=10∶1∶0.1，加泥量為出土量的5%～20%，注入壓力比盾構(gòu)的土倉(cāng)壓力略高。

4 同步注漿工藝

5號(hào)線通-星區(qū)間充分借鑒學(xué)習(xí)了蘇州地鐵既有成功的施工經(jīng)驗(yàn)，制定了一套新型單液漿的同步注漿方案，拓展思路，為蘇州軌道交通盾構(gòu)施工提供雙液漿的經(jīng)驗(yàn)，制定了一套雙液漿注漿方案，試用于通-星區(qū)間左線施工。

富水軟土地層含水量高、地層流塑性大，盾尾管片脫出后地層收縮變形發(fā)展快，不利于控制土體損失。由于地層含水量高，延長(zhǎng)了漿液的實(shí)際初凝時(shí)間，使脫出盾尾不受約束的管片數(shù)量增多，管片在浮力和偏心受力的影響下易發(fā)生向上位移。因此，使?jié){液及時(shí)填充管片背后建筑空隙，盡快固結(jié)是富水軟土地層盾構(gòu)施工的關(guān)鍵之一，要求漿液具備速凝、早強(qiáng)的功能特點(diǎn)。

同步注漿A液水泥漿配合比用量如表1所示，同步注漿B液水玻璃配合比用量如表2所示，同步注漿A、B液配合比用量如表3所示。

表1 同步注漿A液水泥漿配合比用量 單位：kg

表2 同步注漿B液水玻璃配合比用量 單位：L

表3 同步注漿A、B液配合比用量 單位：L

同步注漿B液水玻璃時(shí)，波美度應(yīng)調(diào)整至30°Be′；同步注漿A、B液時(shí)，初凝時(shí)間應(yīng)為20～50 s，3 d強(qiáng)度達(dá)1 MPa。

注漿壓力：注漿壓力過大，會(huì)造成管片背后壓力大，引起錯(cuò)臺(tái)和錯(cuò)縫。注漿壓力一般取靜止水土壓力的1.1～1.2倍，控制在0.3～0.5 MPa范圍。

注漿量：按照Φ6 430刀盤切削面計(jì)算，每環(huán)管片理論注漿量為2.7 m3，正常段每環(huán)注漿量不小于3.2 m3（注漿率按照120%考慮）；在盾構(gòu)穿越房屋段，每環(huán)注漿控制量不小于4.05 m3（注漿率按照150%考慮）。在掘進(jìn)過程中注漿量以出土量和監(jiān)測(cè)結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整，雙液漿初凝時(shí)間短，結(jié)實(shí)率高，配合同步注漿壓力，控制注漿量，同步注漿壓力不得大于0.5 MPa。

二次補(bǔ)漿：于管片脫出盾尾5～7環(huán)開始二次補(bǔ)強(qiáng)注漿，注漿量不小于1.3 m3（注入率按50%考慮），注漿壓力一般不超過0.5 MPa，具體注漿情況需結(jié)合地面沉降監(jiān)測(cè)情況。

同步注漿防止堵管措施：雙液漿同步注漿管路采用內(nèi)循環(huán)清水清洗，每環(huán)清洗一次；漿液運(yùn)輸管道與儲(chǔ)存設(shè)備同樣清洗，清洗時(shí)采用橡皮球放入輸送管用清水清洗，確保管路無沉淀物。

速凝早強(qiáng)型雙液漿有利于促使?jié){液及時(shí)填充管片背后建筑空隙，盡快固結(jié)獲得初期強(qiáng)度，給予管片環(huán)徑向約束，抵抗土體的收縮坍落變形，其對(duì)控制地層沉降、管片上浮均有較好的效果。該漿液具有初凝時(shí)間短、結(jié)實(shí)率高、較節(jié)省注漿量等特點(diǎn)，在蘇州地層盾構(gòu)施工中，注入率α為220%～242%，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。由于具備快速控制周圍地層收斂變形的能力，提高了盾構(gòu)掘進(jìn)速度，正常段掘進(jìn)速度約20 環(huán)/d，同步注漿防止堵管措施及二次補(bǔ)強(qiáng)注漿等措施也彌補(bǔ)了雙液漿漿液特性的不足。

5 結(jié)語(yǔ)

蘇州富水軟土地層盾構(gòu)掘進(jìn)通過控制與優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)、渣土改良及改善同步注漿工藝以達(dá)到控制地層變形、管控風(fēng)險(xiǎn)及優(yōu)化施工的目的。