李勇

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢　430070）

盾構(gòu)過富水砂層施工技術(shù)

李勇

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢430070）

結(jié)合土壓平衡盾構(gòu)機(jī)大坡度穿越長(zhǎng)100m富水砂層段工程實(shí)例，對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在滲透系數(shù)較高的富水砂層中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)通過富水砂層容易發(fā)生的噴涌、地表沉降、姿態(tài)難控制等問題，結(jié)合施工過程中的掘進(jìn)參數(shù)和地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采取了一些措施。結(jié)果表明：控制好掘進(jìn)參數(shù)，做好渣土改良和渣土管理，勻速不間斷掘進(jìn)，做好同步注漿和二次注漿，能夠有效控制噴涌、地表沉降以及成型隧道質(zhì)量。

土壓平衡盾構(gòu)；富水砂層；掘進(jìn)參數(shù)；渣土改良

1　引言

近些年來，中國(guó)的交通事業(yè)得到了很大發(fā)展，在交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的同時(shí)，人們的生活水平也有了較大的提高，從而使人均擁有的車輛也越來越多，這也導(dǎo)致交通擁堵的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，為了保護(hù)人民的出行順利，很多城市都十分重視城際高速軌道建設(shè)和地鐵工程建設(shè)，這樣才能夠更好地解決交通擁堵的問題，同時(shí)也能夠更好的保證人們的日常出行不受影響。

在城市交通建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到的在富水砂層進(jìn)行施工的情況，在遇到這種情況時(shí)，需要注意的問題就非常多，在施工過程中，應(yīng)用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)要考慮的問題也非常多，因此，對(duì)于存在的問題必須要很好地進(jìn)行分析，這樣才能夠更好地找到的措施來解決。

2　工程情形

2.1工程概況

廣州市軌道交通六號(hào)線二期工程施工四標(biāo)[金峰站～暹崗站]盾構(gòu)區(qū)間，由暹崗站（原科學(xué)城東站）西端始發(fā)往金峰站掘進(jìn)，區(qū)間設(shè)計(jì)里程范圍為YDK35+761.100～YDK36+882.200，長(zhǎng)度為1121.1m。本區(qū)間設(shè)2個(gè)曲線段，曲線半徑分別為2000m、1000m，左右線間距為13m；在縱斷面上包含2個(gè)豎曲線，豎曲線半徑最小為3000m，區(qū)間線路縱坡最大為20‰，隧道最大覆土厚度約16.9m，最小覆土厚度約為9.5m。

本區(qū)間采用兩臺(tái)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，刀盤配置考慮整個(gè)區(qū)間的適應(yīng)性，為30把單刃滾刀、42把正面刮刀、8把邊緣刮刀，開口率28%。

2.2主要難點(diǎn)

到達(dá)階段越100m范圍內(nèi)隧道主要以20‰的坡度向上穿越大斷面③-2中粗砂層，該地層呈飽和，稍密～密實(shí)狀，組成物主要為中砂、粗砂、礫砂，含少量粘粒，滲透系數(shù)4.6×10-3cm/s。

砂層無隔水層或相對(duì)隔水層，地層含水量大地下水豐富。由于砂層的涌水量大和不穩(wěn)定性，盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地層的擾動(dòng)，施工中極易發(fā)生地面隆起或涌水和坍塌，引起螺旋輸送機(jī)出口噴涌，螺旋輸送機(jī)排土困難，盾構(gòu)超挖，盾構(gòu)偏位姿態(tài)難以控制等現(xiàn)象，從而引起較大的地表沉降。

3　施工技術(shù)分析

土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)也被稱為土壓式防護(hù)罩的施工技術(shù)，在進(jìn)行施工過程的時(shí)候非常適合軟土，軟巖，硬巖和混合地層等含水量較高的地層，這樣會(huì)使工程的施工能夠得到一個(gè)較好的效果。土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)中所需用到的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備是帶有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的，因此在進(jìn)行土壓平衡盾構(gòu)施工過程中，能夠更好的控制設(shè)備掘進(jìn)的方向，保證掘進(jìn)方向的正確與平穩(wěn)。另外，運(yùn)用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)在轉(zhuǎn)向方面具有更加靈活的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于偏轉(zhuǎn)問題也能夠得到更好的糾正與改進(jìn)。盾構(gòu)設(shè)備中的刀盤結(jié)構(gòu)在施工過程中可以很好的在不同的地層中進(jìn)行使用，并能夠保證該掘進(jìn)的速度與掘進(jìn)的方向，符合各種工程的施工要求。由于盾構(gòu)設(shè)備一般都同時(shí)配備有同步注漿系統(tǒng)，因此在進(jìn)行工程施工的同時(shí)，可以更好的對(duì)周邊的施工環(huán)境進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。當(dāng)進(jìn)行隧道工程的施工時(shí)，土壤會(huì)對(duì)周邊產(chǎn)生一定的影響，也會(huì)造成土體沉陷的情況發(fā)生，而且對(duì)周邊建筑物的影響非常大，因此，在施工中采取防護(hù)措施，可避免很多施工難題。盾構(gòu)機(jī)的注入系統(tǒng)比一般的設(shè)備更適合在泡沫和膨潤(rùn)土的環(huán)境下進(jìn)行施工作業(yè)，對(duì)于渣土的情況可以得到較為良好的改善。

4　不良地質(zhì)、特殊地段的處置技術(shù)

4.1采取的方案、措施

4.1.1方案

本工程采用土壓平衡模式進(jìn)行隧道開挖，計(jì)算開挖穩(wěn)定面，設(shè)置合適的開挖掘進(jìn)參數(shù)，控制盾構(gòu)機(jī)的姿勢(shì)，穩(wěn)定開挖面，控制地面的沉降，將工程對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最低。

掘進(jìn)過程土倉頂部壓力控制在1.2～1.5bar，推力10000～12000kN，扭矩1000～1500kN·m，掘進(jìn)速度控制在30mm/min以上，出土量60～70m3；盾構(gòu)機(jī)保持向上的姿態(tài)，趨勢(shì)控制在范圍±4。掘進(jìn)開挖的過程要保持最快的速度，盡量減少工程施工中的停滯時(shí)間。

4.1.2渣土改良和渣土量的管理

（1）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入富水沙層地段前，機(jī)修人員全面檢查泡沫和膨潤(rùn)土注射系統(tǒng)，保證每一條管路都能正常有效使用。

（2）泡沫選擇：沙土和易差，選擇泡沫時(shí)選擇聚合型泡沫，增加沙土的粘結(jié)，保證渣土出土順暢。

（3）計(jì)算每一環(huán)渣土的理論量，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，螺旋機(jī)出土速度一定與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度相匹配，精確到渣斗車每一格裝滿，盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)行程一定，確保盾構(gòu)掘進(jìn)不超方。

4.1.3洞內(nèi)注漿

（1）同步注漿

在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中，保持一定壓力不間斷地從盾尾直接向管片壁后注漿，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)結(jié)束時(shí)，依據(jù)注漿量和注漿壓力的情況選擇是否停止注漿。注漿過程注漿量的控制是重點(diǎn)，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)開完外輪廓與管片之間間隙算出每一環(huán)管片理論注漿量，由于沙層松散系數(shù)較大，按實(shí)際注漿量大于理論注漿量的原則進(jìn)行同步注漿。另外，適當(dāng)增加水泥用量，縮短漿液膠凝時(shí)間，保證注漿質(zhì)量。

（2）跟進(jìn)式二次注漿

當(dāng)盾構(gòu)正常掘進(jìn)時(shí)，根據(jù)出渣量、同步注漿量等數(shù)據(jù)分析，對(duì)于未閉合的每環(huán)均進(jìn)行二次注漿。在連接橋處搭設(shè)平臺(tái)在已拼裝管片后15～20m進(jìn)行跟進(jìn)式二次注漿，即在15～20m上方120°范圍以內(nèi)，利用管片上方三個(gè)吊裝孔，及時(shí)對(duì)管片上方進(jìn)行注漿加固，并且每隔15m封閉一圈，設(shè)置止水環(huán)，阻止盾尾來水。

4.1.4姿態(tài)控制

在控制盾構(gòu)姿態(tài)時(shí)運(yùn)用導(dǎo)向系統(tǒng)和分區(qū)操控推進(jìn)油缸，防止盾構(gòu)下沉現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于富水砂層的承載能力較低，而盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中會(huì)劇烈的震動(dòng)，因此姿態(tài)下沉現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)在地層中要保持向上的姿態(tài)，但趨勢(shì)易控制在±4的范圍內(nèi)。如果出現(xiàn)機(jī)頭往下掉的情況，就需要及時(shí)的通過千斤頂來進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。在調(diào)整的過程中要緩慢的進(jìn)行調(diào)整，要用千斤頂以及最優(yōu)管片兩者結(jié)合緩慢的調(diào)整，不然容易造成盾尾之間的間隙過小，造成管片的錯(cuò)臺(tái)。

4.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

通過采取一系列措施，盾構(gòu)機(jī)順利通過砂層地帶并到達(dá)吊出井，未發(fā)生噴涌，地表沉降均在規(guī)范允許范圍，姿態(tài)沒有超出允許范圍，管片成型質(zhì)量較好。

5　安全及環(huán)保措施

5.1安全措施

（1）嚴(yán)格按照工程的施工方案和相關(guān)的安全管理制度來組織工程的施工，嚴(yán)格遵守各種設(shè)備的相關(guān)安全操作手冊(cè)與操作規(guī)程。

（2）在進(jìn)行施工時(shí)要加強(qiáng)隧道內(nèi)的照明與通風(fēng)工作，提高隧道作業(yè)的環(huán)境條件，確保施工的人員與設(shè)備的安全。

（3）對(duì)于隧道內(nèi)的各種用電與輸電設(shè)施設(shè)備要嚴(yán)格加以控制，以此確保工程施工的安全。

（4）加強(qiáng)垂直運(yùn)輸系統(tǒng)和水平運(yùn)輸系統(tǒng)的控制力度，防止對(duì)洞內(nèi)的各種施工作業(yè)車輛造成傷害。

（5）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中嚴(yán)禁多出土，如果在施工過程中遇到特殊的多出土情況后，要及時(shí)的進(jìn)行處理。盾構(gòu)施工過程中要加強(qiáng)對(duì)地面監(jiān)測(cè)力度，防止出現(xiàn)地面坍塌事故的出現(xiàn)。

（6）利用盾構(gòu)在隧道內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)，由于隧道施工作業(yè)的施工環(huán)境過于窄小，因此在進(jìn)行施工材料吊運(yùn)時(shí)要特別注意安全。

5.2環(huán)保措施

（1）工程在施工時(shí)要落實(shí)門前三包責(zé)任制，不得在工地門前、圍墻外側(cè)公用場(chǎng)地堆放材料、淤泥、垃圾等。對(duì)于特殊情況下必須臨時(shí)占用道路時(shí)，要事先進(jìn)行申報(bào)審批，經(jīng)過批準(zhǔn)占用的區(qū)域，在使用時(shí)必須要嚴(yán)格加以控制，不得影響到周圍的環(huán)境與妨礙到人們的正常生活與出行。

（2）在施工過程中對(duì)于污水的處理要符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，施工場(chǎng)地內(nèi)應(yīng)設(shè)置沉淀池、過濾池和沖洗池，對(duì)于污水要做到達(dá)標(biāo)排放，不達(dá)標(biāo)的污水堅(jiān)決不能排放。

（3）要定時(shí)定期的對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行地面灑水處理，保持周圍環(huán)境的干凈避免施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境的污染。嚴(yán)格禁止在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有毒、有害物質(zhì)的焚燒。

（4）工程在施工過程中要采取適當(dāng)?shù)慕档驮肼暣胧瑢?duì)于發(fā)電機(jī)、通風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備要盡量選取低噪聲的型號(hào)，同時(shí)做好各種處理措施，力求使設(shè)備的噪聲降到最低值。

（5）嚴(yán)格禁止向隧道施工場(chǎng)地內(nèi)傾倒剩余的漿體，對(duì)于剩余的漿體，要運(yùn)出地面經(jīng)過處理符合標(biāo)準(zhǔn)后再行排放。

（6）盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)需要用到大量的型號(hào)種類各異的油脂，這些油脂對(duì)環(huán)境極易造成污染，因此，使用后的各種廢油脂要經(jīng)過統(tǒng)一的收集處理。

（7）對(duì)于盾構(gòu)設(shè)備要進(jìn)行定期的保養(yǎng)和維護(hù)，防止盾構(gòu)設(shè)備的油管出現(xiàn)破損造成漏油現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而對(duì)周邊的環(huán)境造成污染。

6　總結(jié)與建議

在砂層保持勻速掘進(jìn)，快速通過，盡可能減少停頓時(shí)間，嚴(yán)格控制好土壓和出土量，采用聚合性泡沫改良渣土，做好同步注漿及二次注漿，同時(shí)加強(qiáng)地表監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，保證隧道施工的順利高效進(jìn)行。

[1]曾華波.砂層地段土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)探討.人民珠江，2006（04）.

[2]陳長(zhǎng)慶.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)過富水砂層施工技術(shù).中國(guó)盾構(gòu)網(wǎng)，1998.

[3]《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》（GB50446-2008）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]萬慶良，常海昌，李艷芳，等.淺析隧道土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù).中古建筑工業(yè)出版社，2010.

U455.43

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1673-0038（2015）20-0218-02

2015-4-25

李勇（1982-），男，工程師，本科，主要從事地鐵施工方面的工作。