泥水盾构在全断面砂层掘进中的地面沉降控制

2015-03-20中铁三局集团广东建设工程有限公司广东广州510000

中国新技术新产品 2015年5期

关键词：砂层泥水掌子面

卫勇（中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东广州 510000）

卫勇
（中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东广州 510000）

摘要：随着社会的发展，交通变得越来越拥挤，地铁作为新型的交通工具，具有速度快、时间准、能耗低、占地省等优点。盾构机在砂层中掘进时，由于砂层透水性较强，容易造成砂层流失，最终结果是造成较大的地面沉降，以至于地面沉陷。

关键词：泥水盾构；全断面砂层掘进；地面沉降控制

1 工程概况

中铁三局广州地铁九号线施工1标工程范围包括两站两区间，分别为出入段线、飞花区间、飞鹅岭站、花都汽车城站，线路总长3248m，工程总造价67300.5768万元，总工期1036天。工程地点为广州市花都区西部汽车产业基地，隧道和车站基本沿着风神大道下方东西向布置。飞鹅岭站~花都汽车城站盾构区间隧道双延米4516.69m，区间起至里程Z（Y）DK0+771.800~Z（Y）DK3+029.800。线路沿双向6车道的风神大道向东前进，先后通过花港大道口、红棉大道路口后，到达位于风神大道上方的花都汽车城站。本盾构区间线路纵断面为V形坡，最大坡度为5‰，线路埋深为12m~13.5m，隧道顶覆土6m~7.5m。本区间隧道埋深较浅，盾构隧道主要穿越地层及隧道上部地层为〈3-1〉粉细砂层、〈3-2〉中粗砂层、〈3-3〉砾砂层、〈4N-2〉可塑冲洪积粘性土层、〈4N-3〉硬塑冲洪积粘性土层。隧道底部多为〈5N-2〉残积粘性土〈6〉全风化带〈7〉强风化带，部分地段为〈4N-2〉可塑冲洪积粘性土层软弱地层，需要进行地面加固。线路范围内揭示大量土洞和溶洞存在。

2 盾构隧道地面沉降塌陷的控制措施

盾构机在穿越建筑物过程中主要以顶部泥水仓压力作为参考，通过设定气垫仓压力调整顶部泥水仓压力，顶部泥水仓压力可根据地层埋深计算，盾构穿越该建筑物主要的思路为快速平稳通过，为实现这个思路及控制好地表沉降在盾构穿越前、穿越过程中及穿越后，盾构机通过此类地层时，由于与砂层直接接触的土层较薄，易受力变形产生裂隙和裂缝，从而形成了与砂层中的水有直接的联系通道，进而也将成为该砂层流失的通道，其最终的结果是造成较大的地面沉降，以至于地面塌陷。

2.1 做好盾构机的维修和保养

盾构法在城市地铁中运用愈加成熟，城市地铁不可避免的要穿越建筑物，部分为古老建筑物或者文物，在穿越过程中对盾构施工提出更高要求，从地表及建筑物沉降监测数据看，监测点最大累积沉降-5.6mm，远低于规定的警戒值，且盾构穿越后监测数据长期处于稳定状态，民房未出现开裂倾斜等现象。特别是注浆系统和盾尾刷的检查和更换，只有完好的注浆系统才能够及时并有效的填充管片背后空隙。由于砂层中的渗水性较强，如盾尾刷密封失效就无法防止砂土、泥水从盾尾间隙冒出，造成水土流失。

2.2 采用（泥水）平衡模式推进

泥浆的参数主要包括泥浆比重和粘度2个指标来控制泥浆性能，在富水砂层中，泥浆比重往往会下降，可通过膨润土及制浆剂来调整泥浆的参数，盾构机通过砂层地段时，由于砂土具有渗水性大，受到扰动容易塌陷等特点，需要采用（泥水）平衡模式掘进，以确保密封土仓压力稳定开挖面，控制地表沉降，防止地层出现塌陷。泥浆粘度控制在18s~22s左右，泥浆性能是确保掌子面临时稳定的关键所在，泥浆性能越好，掌子面瞬间形成的泥膜质量越好，从而提高掌子面瞬间稳定性能。由于砂层地段的透水性较强，所以应尽量避免地层中的水渗到土仓内，引起流砂造成地表沉降超限和塌陷，对脱出盾尾的管片及时进行二次补强注浆可有效控制房屋建筑物后期沉降，可将建筑物后期沉降在最短时间内稳定于一定数值。

2.3 尽量快速通过

高度重视信息化施工、强化现场管理，特别是增强掌子面管理的执行力度，确保施工安全。盾构在富水砂层中掘进时，掘进速度的加快能够及早为管片背后注浆创造条件，有利于隧道稳定和控制地表沉降。在条件允许的情况下，应尽量提高掘进速度，避免刀盘转动对地层扰动时间过长而造成上部砂层液化和塌陷。及时掌握掌子开挖面的地质情况，控制出土量在理论数据之内，防止超挖而造成地表沉降和塌陷。

3 全断面砂层中盾构掘进控制地面沉降的措施

3.1 维持土仓内压力平衡，随时调整预定压力，保证掌子面的稳定。对于盾构施工中的水土压力的均衡问题，从而建立土压平衡。土压平衡式盾构可通过调整推进速度和螺旋式排土器的转速，使土舱压力与开挖面土水压力相对应。另外可根据需要，注入适当的添加剂增加开挖土的塑性流动性，使压力舱内不产生空隙。泥水加压式盾构可根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压力。

3.2 通过流量计，计算出渣量，严格控制超挖。在盾构施工中为了使推进中盾构与围岩之间的摩擦能有尽量较小，且不干扰围岩，因此必须对盾构的结构姿态有效的控制好，防止盾构发生变形和位移等情况，在施工过程中也应该尽量的减少超挖量。盾构姿态发生偏差时，应缓慢纠偏，不能操之过急。

3.3 在盾构机掘进工程中保证注浆量和注浆压力，实际注浆量应达到理论空隙量的150%~200%，每环必要时要进行二次注浆，采用双液浆。已压力控制不大于0.5MPa。在盾构施工过程中，其盾位的空隙下沉和壁后注浆等问题的产生，都会对盾构工程造成严重的影响，因此必须严格有效的控制其问题的产生。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进的同时进行壁后注浆，即采用同步注浆。推进过程中及时进行足量注浆，保证注浆的数量和质量，就能有效地控制沉降。