摘要：在傳統(tǒng)砂層盾構(gòu)施工中，由于滲透率較高以至土體的含水量較高，導(dǎo)致施工過程中產(chǎn)生結(jié)塊、地面沉降的問題。以某實際工程為依托，向過砂層的徑向孔中注漿以加固地層，并通過控制土槽壓力、工作面壓力和渣土量控制地面沉降，同時對富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)成本進行分析。實例分析結(jié)果表明，富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的沉降深度，均小于施工允許最大沉降深度，證明了該技術(shù)的可行性。采用富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的成本，在四級圍巖處要遠遠少于五級圍巖處。

關(guān)鍵詞：富水砂層；掘進；地質(zhì)盾構(gòu)

0 引言

目前盾構(gòu)施工技術(shù)在我國已成為地下工程的主要技術(shù)之一，其具有地層適應(yīng)性廣、對周邊環(huán)境影響較小、施工安全以及施工花費較低的特點。隨著我國城市化進程的加快，盾構(gòu)技術(shù)已不再局限于巖層、黏土層等具有良好自穩(wěn)性和低滲透系數(shù)的地層，而是逐步擴展到具有高滲透系數(shù)、高水頭壓力和易塌陷的富水砂層。

在富水沙質(zhì)地層中進行盾構(gòu)施工，存在土體加固困難、平衡模型難以建立、出渣量難以控制、易出現(xiàn)噴濺、易形成積餅和易擾動地層造成地面沉降超標等問題，使得土體壓力平衡盾構(gòu)施工具有一定的難度和風(fēng)險。胡鷹志[1]對富水砂巖地層的地質(zhì)特性及土體特性進行分析，并通過實例驗證了土體的各項性能指標。同時對土體的各項指標進行適應(yīng)性分析，通過應(yīng)用加固區(qū)施工技術(shù)進行復(fù)雜地質(zhì)條件下的盾構(gòu)開倉施工，驗證了該技術(shù)在盾構(gòu)掘進改造中的可行性。該方法為處理類似地質(zhì)條件下的工程提供了寶貴的參考和指導(dǎo)。本文基于已有研究成果，對富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)與成本分析進行研究。

1 工程概況

本次工程選在A市盾構(gòu)工程地處三水?dāng)嘞菖璧?，該工程區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較簡單，無斷層、褶皺、斷裂、塌陷土層，無巖溶洞穴，場地穩(wěn)定。該區(qū)以沖積平原區(qū)為主，以松散土為主，分布廣，厚度大，含水豐富的粉砂層、砂層從南向北逐漸加厚，特別是祖廟站區(qū)域富水的粉細砂層和中、粗砂層相對較厚。

該盾構(gòu)施工區(qū)域是一個地表水系統(tǒng)較弱、地下水量較大的區(qū)域。場地中的地下水，初見水位埋深在0.80～2.15m之間，穩(wěn)定水位在0.6～1.8m之間，基巖中有一定數(shù)量的裂縫水，但是裂縫水的滲透能力比較弱。第四系土壤孔隙中的水分主要來源為大氣降雨，并以垂向滲透的方式補充水分，基巖裂縫水的補給來源主要有三個方面：一是豎向滲透，二是橫向補給，三是越流補給。該工程地質(zhì)分層詳細數(shù)據(jù)如表1所示。

2 富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進施工工藝設(shè)計

2.1 地質(zhì)勘察與盾構(gòu)機選擇

在進行富水砂層地質(zhì)下的盾構(gòu)掘進工程前，地質(zhì)勘察與預(yù)測以及盾構(gòu)機選擇是至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)。需要對水文地質(zhì)特征、土層性質(zhì)、地下水位等進行詳細調(diào)查，以便合理預(yù)測地下環(huán)境情況。通過地質(zhì)調(diào)查、取樣測試和地質(zhì)剖面分析，可以獲取準確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工提供可靠依據(jù)。在富水砂層地質(zhì)下，地質(zhì)勘察應(yīng)重點關(guān)注富水砂層的承載能力、水平和垂直構(gòu)造、斷裂帶分布等信息，以全面了解地質(zhì)條件，為后續(xù)工程設(shè)計和施工方案制定提供支持[2]。

在選擇盾構(gòu)機時，除考慮地質(zhì)條件和地層特點外，還需綜合考慮盾構(gòu)隧道的要求，例如設(shè)計要求、難度等因素。盾構(gòu)機型號的選擇需要結(jié)合具體地質(zhì)條件和工程要求進行全面評估，確定盾構(gòu)機的尺寸、推力、刀盤類型、泥水系統(tǒng)等參數(shù)。針對富水砂層地質(zhì)，還應(yīng)考慮盾構(gòu)機的密閉性能和排水系統(tǒng)設(shè)計，以應(yīng)對高水壓環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)[3]。在設(shè)計盾構(gòu)機參數(shù)時，運用模擬軟件進行仿真分析，以評估在不同工況下盾構(gòu)機的表現(xiàn)，提前找出潛在問題并制定相應(yīng)調(diào)整方案。

為確保富水砂層地質(zhì)下的盾構(gòu)掘進工程安全高效進行，采取預(yù)防措施如設(shè)置隔水墻、注漿加固、管涌處理等方法。這些措施有助于降低水壓、防止水浸災(zāi)害發(fā)生，保障盾構(gòu)施工的穩(wěn)定進行。

2.2 應(yīng)用注漿技術(shù)加固地層

2.2.1 設(shè)計注漿漿液配比

富水砂層地質(zhì)條件下，地下水涌入是一個常見問題，會給盾構(gòu)施工帶來不利影響，如增加施工難度、降低工作效率、甚至造成安全事故。通過注漿技術(shù)可以封堵或減小富水層的水壓，有效控制地下水涌入，保證工作面干燥，提高施工效率。

首先對注漿將夜配比進行設(shè)計，工程選用的漿液配料用量如表2所示。

2.2.2 注漿技術(shù)流程

為了確保盾構(gòu)掘進過程的穩(wěn)定性，通常注漿技術(shù)會與盾構(gòu)掘進技術(shù)同步進行。在盾構(gòu)尾部后方，內(nèi)置了同步注漿系統(tǒng)，通過雙系四管線同步對稱注入漿液。

注漿過程可以通過手動控制或自動控制來進行。在自動控制模式下，注漿壓力被預(yù)先設(shè)定，并通過程序調(diào)整注漿速度。當(dāng)注漿壓力達到設(shè)定值時，注漿過程會自動停止。而在手動控制模式下，根據(jù)實際的掘進情況，工作人員會實時調(diào)整注漿速度、流量和壓力。注漿技術(shù)的工藝流程如圖1所示。

2.2.3 保證注漿質(zhì)量措施

保證注漿質(zhì)量的關(guān)鍵在于掘進過程管片中的注漿，其可以防止管片上浮，提高施工結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力并預(yù)防工程變形。確保漿液質(zhì)量的優(yōu)良性能的措施如下：首先，充分保證漿液充盈，使其填滿空間，以確保注漿效果。其次，避免地下水過度稀釋漿液，可選擇合適的漿液稠度來實現(xiàn)最佳效果。此外，可根據(jù)具體需求，控制初凝時間間隔和提高早期強度，以減小硬化后的體積收縮[4]。

2.2.4 注漿量控制

盾構(gòu)機掘進過程中，開挖出的土體、曲線段掘進時的過度開挖，盾構(gòu)機在隧道中移動形成的S形軌跡引起的土體損失，由于糾偏引起的土體破壞，以及安裝在盾尾上管片形成的間隙，均會導(dǎo)致土體損耗。為減少砂層損失，要及時通過調(diào)整注漿量并且監(jiān)測地表情況[5]。

2.3 控制地表沉降技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 地表沉降與控制機理

在富水砂層中進行盾構(gòu)掘進技術(shù)，施工引起的地表損失與盾構(gòu)隧道重塑土的再固結(jié)是地表沉降的基本原因。在盾構(gòu)施工過程中，維持土槽壓力與工作面壓力（土壓、水壓之和）的平衡，是防止地表沉降、保障建筑物安全的關(guān)鍵，而土槽壓力的大小必須能夠與地層土壓力、靜水壓力等相匹配。

設(shè)定施工地質(zhì)中心的靜水壓力p0與土壓力c之和為，其表達公式如下：

p=p0+c （1）

在黏性土中c一般取0，在實際施工中其誤差大小約為0.01MPa。在砂性土中c一般為0.04MPa，誤差約為0.02MPa為準。

2.3.2 控制地表沉降措施

在施工過程中，根據(jù)地質(zhì)情況、埋深和地面沉陷等觀測資料，對土槽壓力進行調(diào)節(jié)，使其保持在挖土體積和排土體積之間的平衡。它可以采用兩種方法實現(xiàn)：一種是調(diào)整掘進速度，另一種是控制地面沉降產(chǎn)生的渣土量。

地面發(fā)生沉降就會產(chǎn)生渣土，而渣土的產(chǎn)出量必須與盾構(gòu)掘進的挖掘量相吻合。通常出渣數(shù)量異?；蛘叱鲈鼣?shù)量很大的區(qū)域，沉降會相應(yīng)很大。土壓平衡盾構(gòu)在富水砂層開挖過程r1qPsbSodGI0V4Oqo/+bSKtdMkwzIvYjTOZBJ5pwyaw=中，易產(chǎn)生出土量異常情況，為防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，需對渣土進行調(diào)整，以確保渣子流塑性符合鐵釘狀出土器的排土條件。

3 施工效果分析

基于文中的工程概況，測試該技術(shù)的性能是否符合工程需求。

3.1 沉降分析

在富水砂層進行施工的地質(zhì)橫截面示意圖如圖2所示。由圖2可知，經(jīng)過盾構(gòu)掘進施工后，地質(zhì)橫截面較為完整，未出現(xiàn)明顯沉降。

為進一步獲取施工數(shù)據(jù)，使用檢測儀進行檢測，不同測點的施工結(jié)果如表3所示。由表3施工結(jié)果表明，本文設(shè)計的富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的沉降深度，均小于施工允許最大沉降深度，證明了該技術(shù)的可行性，有一定的借鑒意義。

3.2 成本分析

根據(jù)盾構(gòu)掘進技術(shù)在施工中的預(yù)算成本，進行富水砂層地質(zhì)下的盾構(gòu)掘進技術(shù)成本分析。首先，計算施工定額、材料價格、工費標準、施工機械臺班費等一系列費用。然后根據(jù)相關(guān)費用計算，得到掘進成本對比如表4所示。通過表4掘進技術(shù)的成本可知，本文采用富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的成本，在四級圍巖處要遠遠少于五級圍巖處。

分析認為，五級圍巖的掘進施工較為困難，情況較為復(fù)雜，設(shè)備使用上花費較大，且租賃成本較高，且需要維護保養(yǎng)人員定時進行操作，因此人工成本較高。由此可以看出，掘進成本會因地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而發(fā)生改變。

4 結(jié)束語

在傳統(tǒng)砂層盾構(gòu)施工中，由于滲透率較高以至土體的含水量較高，導(dǎo)致施工過程中產(chǎn)生結(jié)塊、地面沉降的問題。針對這一現(xiàn)象，以某實際工程為依托，向過砂層的徑向孔中注漿以加固地層，并通過控制土槽壓力、工作面壓力和渣土量控制地面沉降，同時對富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)成本進行分析。

實例分析結(jié)果表明：富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的沉降深度，均小于施工允許最大沉降深度，證明了該技術(shù)的可行性。采用富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進技術(shù)的成本，在四級圍巖處要遠遠少于五級圍巖處。由此可以看出，掘進成本會因地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而發(fā)生改變。

參考文獻

[1] 胡鷹志.富水動壓砂層地質(zhì)條件下盾構(gòu)開倉的加固區(qū)施工技術(shù)[J].建筑施工，2020，42（6）：1038-1040.

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[3] 展超.富水砂層盾構(gòu)施工技術(shù)及掘進問題分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018，45（24）：32-33.

[4] 曾英俊.鄭州地區(qū)富水砂層土壓平衡盾構(gòu)掘進技術(shù)探析[J].安徽建筑，2022，29（7）：131-133.

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