盾构过富水砂层施工技术

2015-04-16李勇

建材与装饰 2015年20期

关键词：土压砂层渣土

李勇

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉　430070）

盾构过富水砂层施工技术

李勇

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北武汉430070）

结合土压平衡盾构机大坡度穿越长100m富水砂层段工程实例，对土压平衡盾构机在渗透系数较高的富水砂层中易出现的问题进行分析，并针对土压平衡盾构通过富水砂层容易发生的喷涌、地表沉降、姿态难控制等问题，结合施工过程中的掘进参数和地表监测数据，采取了一些措施。结果表明：控制好掘进参数，做好渣土改良和渣土管理，匀速不间断掘进，做好同步注浆和二次注浆，能够有效控制喷涌、地表沉降以及成型隧道质量。

土压平衡盾构；富水砂层；掘进参数；渣土改良

1　引言

近些年来，中国的交通事业得到了很大发展，在交通运输行业发展的同时，人们的生活水平也有了较大的提高，从而使人均拥有的车辆也越来越多，这也导致交通拥堵的现象时常出现，为了保护人民的出行顺利，很多城市都十分重视城际高速轨道建设和地铁工程建设，这样才能够更好地解决交通拥堵的问题，同时也能够更好的保证人们的日常出行不受影响。

在城市交通建设中，经常会遇到的在富水砂层进行施工的情况，在遇到这种情况时，需要注意的问题就非常多，在施工过程中，应用土压平衡盾构机的技术要考虑的问题也非常多，因此，对于存在的问题必须要很好地进行分析，这样才能够更好地找到的措施来解决。

2　工程情形

2.1工程概况

广州市轨道交通六号线二期工程施工四标[金峰站～暹岗站]盾构区间，由暹岗站（原科学城东站）西端始发往金峰站掘进，区间设计里程范围为YDK35+761.100～YDK36+882.200，长度为1121.1m。本区间设2个曲线段，曲线半径分别为2000m、1000m，左右线间距为13m；在纵断面上包含2个竖曲线，竖曲线半径最小为3000m，区间线路纵坡最大为20‰，隧道最大覆土厚度约16.9m，最小覆土厚度约为9.5m。

本区间采用两台海瑞克土压平衡盾构机掘进，刀盘配置考虑整个区间的适应性，为30把单刃滚刀、42把正面刮刀、8把边缘刮刀，开口率28%。

2.2主要难点

到达阶段越100m范围内隧道主要以20‰的坡度向上穿越大断面③-2中粗砂层，该地层呈饱和，稍密～密实状，组成物主要为中砂、粗砂、砾砂，含少量粘粒，渗透系数4.6×10-3cm/s。

砂层无隔水层或相对隔水层，地层含水量大地下水丰富。由于砂层的涌水量大和不稳定性，盾构掘进对地层的扰动，施工中极易发生地面隆起或涌水和坍塌，引起螺旋输送机出口喷涌，螺旋输送机排土困难，盾构超挖，盾构偏位姿态难以控制等现象，从而引起较大的地表沉降。

3　施工技术分析

土压平衡盾构施工技术也被称为土压式防护罩的施工技术，在进行施工过程的时候非常适合软土，软岩，硬岩和混合地层等含水量较高的地层，这样会使工程的施工能够得到一个较好的效果。土压平衡盾构施工技术中所需用到的盾构机设备是带有自动导向系统的，因此在进行土压平衡盾构施工过程中，能够更好的控制设备掘进的方向，保证掘进方向的正确与平稳。另外，运用自动导向系统的盾构机在转向方面具有更加灵活的优势，对于偏转问题也能够得到更好的纠正与改进。盾构设备中的刀盘结构在施工过程中可以很好的在不同的地层中进行使用，并能够保证该掘进的速度与掘进的方向，符合各种工程的施工要求。由于盾构设备一般都同时配备有同步注浆系统，因此在进行工程施工的同时，可以更好的对周边的施工环境进行环境保护。当进行隧道工程的施工时，土壤会对周边产生一定的影响，也会造成土体沉陷的情况发生，而且对周边建筑物的影响非常大，因此，在施工中采取防护措施，可避免很多施工难题。盾构机的注入系统比一般的设备更适合在泡沫和膨润土的环境下进行施工作业，对于渣土的情况可以得到较为良好的改善。

4　不良地质、特殊地段的处置技术

4.1采取的方案、措施

4.1.1方案

本工程采用土压平衡模式进行隧道开挖，计算开挖稳定面，设置合适的开挖掘进参数，控制盾构机的姿势，稳定开挖面，控制地面的沉降，将工程对周边环境的影响降到最低。

掘进过程土仓顶部压力控制在1.2～1.5bar，推力10000～12000kN，扭矩1000～1500kN·m，掘进速度控制在30mm/min以上，出土量60～70m3；盾构机保持向上的姿态，趋势控制在范围±4。掘进开挖的过程要保持最快的速度，尽量减少工程施工中的停滞时间。

4.1.2渣土改良和渣土量的管理

（1）盾构机进入富水沙层地段前，机修人员全面检查泡沫和膨润土注射系统，保证每一条管路都能正常有效使用。

（2）泡沫选择：沙土和易差，选择泡沫时选择聚合型泡沫，增加沙土的粘结，保证渣土出土顺畅。

（3）计算每一环渣土的理论量，盾构掘进时，螺旋机出土速度一定与盾构机掘进速度相匹配，精确到渣斗车每一格装满，盾构机向前掘进行程一定，确保盾构掘进不超方。

4.1.3洞内注浆

（1）同步注浆

在盾构机推进过程中，保持一定压力不间断地从盾尾直接向管片壁后注浆，当盾构机推进结束时，依据注浆量和注浆压力的情况选择是否停止注浆。注浆过程注浆量的控制是重点，根据盾构机开完外轮廓与管片之间间隙算出每一环管片理论注浆量，由于沙层松散系数较大，按实际注浆量大于理论注浆量的原则进行同步注浆。另外，适当增加水泥用量，缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。

（2）跟进式二次注浆

当盾构正常掘进时，根据出渣量、同步注浆量等数据分析，对于未闭合的每环均进行二次注浆。在连接桥处搭设平台在已拼装管片后15～20m进行跟进式二次注浆，即在15～20m上方120°范围以内，利用管片上方三个吊装孔，及时对管片上方进行注浆加固，并且每隔15m封闭一圈，设置止水环，阻止盾尾来水。

4.1.4姿态控制

在控制盾构姿态时运用导向系统和分区操控推进油缸，防止盾构下沉现象的出现。由于富水砂层的承载能力较低，而盾构机在掘进过程中会剧烈的震动，因此姿态下沉现象时有发生。在施工时盾构机在地层中要保持向上的姿态，但趋势易控制在±4的范围内。如果出现机头往下掉的情况，就需要及时的通过千斤顶来进行姿态调整。在调整的过程中要缓慢的进行调整，要用千斤顶以及最优管片两者结合缓慢的调整，不然容易造成盾尾之间的间隙过小，造成管片的错台。

4.2现场实施效果

通过采取一系列措施，盾构机顺利通过砂层地带并到达吊出井，未发生喷涌，地表沉降均在规范允许范围，姿态没有超出允许范围，管片成型质量较好。