盾构上跨既有线路砂层掘进技术研究

2017-12-27张浩

环球市场 2017年31期

关键词：砂层管片号线

张浩

中建八局轨道交通建设有限公司

盾构上跨既有线路砂层掘进技术研究

张浩

中建八局轨道交通建设有限公司

随着地铁建设的发展，盾构穿越既有运营地铁技术广泛应用，而不良地质穿越既有线路的情况也越来越多，确保既有线路正常运营以及盾构安全顺利穿越变得尤为重要。本文结合实际工程的成功经验，对盾构施工过程中的控制措施进行探讨分析。

盾构；既有线路；砂层；施工措施

1 工程概况

深圳地铁9号线西延线科技城站～红树湾站区间，隧道采用Ф6280mm盾构机进行施工，成环隧道外径Φ6.0m，内径Φ5.4m。

线路临近11号线既有线，始发端头井左侧离11号线最小水平间距为2.31m，右侧为1.57m。11号线运营隧道所在的地层为砾质粘性土层，施工的线路地层为〈3-5〉砾砂层。同时，附近地层所多次扰动，地层的自稳能力降低、软化。

图1 穿越地段地质纵剖面图

2 主要施工技术措施

(1)采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数，控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影响减到最小。

1)掘进过程土仓顶部压力控制在1.5-1.7bar，掘进速度控制在20-40mm/min以上，出土量不得大于47m3(考虑1.3-1.5倍的松散系数为61-71m3)，施工过程中以每掘进30cm出一斗渣计量；

2)盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4。

3)掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。

4)在掘进接近1600mm时根据土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至1800mm时土仓顶部压力达到1.5bar～1.7bar范围。

(2)注入泡沫剂

富水砂层中掘进可适量往土仓加入发泡剂，但必须根据实际情况严格控制发泡剂配比及加入量。泡沫溶液的组成：泡沫添加剂2%，水97%。泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算。

(3)保持连续掘进，减少盾构机停顿时间。

(4)适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。

富水砂层注砂浆极易往外扩散，在掘进过程需根据注浆压力(0.2～0.3MPa，一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水、土压力，)和地面情况及时调整注浆量(一般为建筑间隙的150%～200%，根据监测情况，如地面变形较大，注浆量调整为250%)，对管片背后对称均匀压注。注浆的标准是确保脱出盾尾的管片背后的空隙能填满，这不仅可降低后期地面的沉降，也对管片防水起到一定有利作用。

(5)运用导向系统和分区操控推进油缸，控制盾构姿态，防止盾构抬升。

富水砂层的承重能力较低，加上盾构机在掘进过程中的震动，姿态较易往下沉。因此在地层中盾构机的姿态易保持向上，但趋势易控制在±4。若出现机头往下掉的情况，需及时通过千斤顶行程调节姿态。调节不可过急，可通过千斤顶行程及调整K块管片拼装位置两者结合来调节；不然会使得盾尾间隙过小，造成管片错台。

为保证推进方向的准确可靠，每周至少进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

(6)渣土改良：在砂土和沙砾等砂质土地层中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水丰富，土的透水系数也较高，依靠、削土的土压力保持开挖面上的压力(地下水压力和开挖面土压力)是很困难的。另外，通过开挖土体来很难保证出土的流动性，在这种砂性土的地层中，单纯依靠出土闸门等机械控制很难保证开挖面的稳定，所以在开挖面上加压或注入化学聚合物、泡沫剂、膨润土等材料，进行充分搅拌，改良切削下来的渣土性质，保证砂土的流动性和止水性，以求开挖面的稳定，防止喷涌、冒顶等。

(7)加强监测工作，加强测量和监测的频率，并及时调整盾构姿态，在进入砂层100环范围采集数据，根据数据采集情况适当将轴线降低掘进。，及时反馈监测信息加强地面的沉降、洞内的管片上浮、收敛等监测，及时根据监测数据调整相应掘进参数，以保证盾构掘进施工安全及成型隧道质量。

3 盾构机过砂层前的维修与保养

(1)盾尾密封的维护

由于砂层段富含地下水，隧道断面上部岩层软弱，为了确保盾尾密封的有效性，在通过砂层段使用质量较好的盾尾密封脂，并且增大密封脂的使用数量，盾尾密封脂必须在掘进过程中不间断注入。

(2)其它部位的维修与保养

在通过砂层前要立即对盾构机的液压、电气、水循环、润滑、注脂、注浆、泡沫等系统进行检修，重点内容包括：空压机的检测与维修、螺旋输送机闸门检测与维修、注脂系统的检测与维修、管片拼装机的检测与维修、泡沫系统的检测与维修、对液压系统进行状态监测。检查泵、阀、马达、油缸、油管路的工作状态，对异常元件提前进行更换。盾构机液压系统的状态监测实际上是液压系统参数的监测，盾构机液压系统工作状态的参数是系统的工作压力、温度、流量以及运转时的声音等。液压系统正常工作时，系统参数都工作在设计和设定值附近。每天都要对这些参数进行检查，当这些参数的范围突破后，可以认为故障已经发生或将要发生，必须采取有效防范措施。