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摘要：广州地铁首次采用双螺旋土压平衡盾构在浅埋复合地层条件下成功下穿密集村民房屋。通过掘进前充分准备及过程中精细管理，较好的控制住了地面及建筑物的沉降，安全顺利通过了水西村房屋群，为类似的施工积累了宝贵的经验。
关健词：双螺旋；浅埋；复合地层；下穿密集房屋
一、概况及工程风险
广州地铁二十一号线水西-长平盾构区间右线140环（210m）、左线169环（253.5m）为下穿密集村民房屋段。线路正上方盾构轮廓线6m影响范围房屋共85栋，隧道2倍埋深影响范围房屋共175栋。房屋密集，大多为5至6层为浅基础直接坐落在砂层地质上，基础薄弱，施工风险较大。盾构下穿村民房屋段埋深约为10～15m， 地下水埋深约2m，隧道开挖面以软塑状粘土层和富水砂层为主（右线共110环，左线共129环），局部为花岗岩上软下硬（右线共30环，左线共40环），砂层渗透系数3.55~4.02m/d，花岗岩最高单轴抗压强度达到110Mpa。
土压平衡盾构在这样的条件下掘进风险极大，一是盾构富水砂层中掘进容易造成喷涌，出土量控制难，容易引起地层、房屋沉降，甚至塌陷。二是在上软下硬地层中掘进，掘进进度慢、地层扰动大，容易造成刀具损坏、不具备常压开仓条件。三是房屋密集，地面提前加固困难，没有条件对房屋提前保护和地层加固，掘进过程必须控制好沉降。
二、掘进前准备
技术方案方面，设计对线路进行优化调整，避开了部分有桩基的村民房屋，避免了盾构掘进过程切桩风险。
设备准备方面，针对富水砂层中易发生喷涌现象，对螺旋输送机进行双螺旋改造，在易喷涌地层，通过调节两级螺旋输送机的相对转速来形成土塞调节第一级螺旋输送机土压，达到与土仓内土压的动态平衡。当土仓内土压过大时，可通过交替开关一二级螺旋机闸门，循环进渣出渣来实现易喷涌地段连续安全掘进目的。新造刀盘设置滚刀40把，边缘滚刀32把，刀盘整体开口率约35%。改造泡沫系统为6路单管单泵设计，减少泡沫管堵塞的几率，任意一路或多路泡沫管路均可切换为膨润土注入管路。下穿房屋前选定了开仓换刀位置，开仓对刀具进行检查、更换，对设备进行全面维修保养，确保盾构以最佳的状态下穿房屋。
周边环境摸查方面，在盾构下穿房屋前完成了房屋鉴定、建筑物加固保护、管线调查、监测布点（隧道100米范围内1225个）、地质补勘、抽水试验等工作，对地上地下情况进行详细了解。
管理措施方面，在现场设立盾构下穿房屋咨询点方便与村民沟通协调；建立地面洞内24小时值班制度，施工、监理、业主各方参与，实地掌握第一手施工信息；参加各方人员按组分工，通过信息共享平台实时将信息上传形成信息快速传递；每日碰头会分析总结当时施工情况，对需要关注提醒事项进行强调。
三、掘进过程控制
盾构掘进施工过程坚持精细化管理，从掘进基本参数、渣样分析、渣土改良、控制土压波动、出土量、监测等方面入手，根据实际情况及时调整参数，过房屋期间每环都要在出渣口取渣样进行分析，根据渣土砂、粘土含量动态调整渣土改良措施。通过土斗容量记录控制及龙门吊车出土记录进行双控，对每环出土记录进行分析，通过确定超挖位置及时进行二次灌浆。适当加大土仓压力控制刀盘上方土体有微量的隆起，抵消了一部分土体的后期沉降量，从而使沉降量控制在最小范围内。
盾构在全断面富水砂层掘进时，容易发生喷涌，出渣量难以控制而导致地表沉降过大，出现地表裂，房屋坍塌等情况。掘进过程中总推力控制在1500～1800T、刀盘转速稳定在1.4~1.6rpm、刀盘扭矩控制在2.1～2.8MNm、土压控制在1.5~1.7bar。全断面砂层中掘进施工，由于砂层内摩擦角较大，在渣土改良效果不理想、且盾构停机拼管片时，经土仓充分搅拌过后的砂层再次沉降固结，造成刀盘启动扭矩过大出现刀盘抱死现象。通过，刀盘启动时降低刀盘转速，严重时将刀盘正、反转，停机时加入膨润土并缓慢转动刀盘，均匀搅拌注入的膨润土浆，刀盘抱死现象得到一定改善。仓内渣土通过注入泡沫和膨润土进行改良，泡沫注入参数为泡沫剂原液2%~3%，发泡率10~15倍，注入流量600L/min，注入率25%~30%；根据渣土中的含砂的百分比，往土仓内添加已膨化24小时的膨润土泥浆（黏度48s~56s）2~4m³进行渣土改良；掘进至1600mm停止出土，保纯土压；通过以上措施，渣土流塑性好，有效避免了螺旋机喷涌现象。
盾构在花岗岩上软下硬地层中掘进时，掘进过程中总推力基本稳定在2000～2500T（刀具磨损较大、铰接拉力约占600T）、刀盘转速稳定在1.0~1.2rpm、刀盘扭矩控制在2.3～2.5MN.m、土压控制在1.7~1.8bar。仓内渣土通过注入泡沫进行改良，通过注入膨润土保持上部软弱地层的稳定。泡沫注入参数为泡沫剂原液2%~3%，发泡率8倍，注入流量100~150L/min，注入率40%；往土仓内添加黏度在38～52S的膨润土浆，2～4方/环；盾构机姿态正常情况下控制盾尾在-30mm,具体根据管片姿态数据调整，注意姿态变化，调整四组分区油压，防止盾构机姿态抬头造成管片上浮；提前将铰接伸长到120mm左右，以防在刀具损坏或卡刀盘时可将盾体退回，避免刀具安装时因积岩凸起，打刀槽，增加施工风险。通过以上措施，刀盘启动扭矩平均下降0.4～0.7MN.m，减少了因刀盘扭矩过大造成的刀盘跳停，降低了渣温约3℃。
不管在何种地层中掘进，都依靠监测数据指导施工。现场第三方监测和施工监测分别间隔2小时监测一次数据，两组测量的时间错开，可以保证每1小时就有一次监测数据传递给洞内，为指导调整掘进参数提供基础建立动态平衡，掘进中土仓压力波动控制在0.2bar范围内。
经过前期精心准备，过程中精细化施工，整个下穿房屋时间历时2个月，地面房屋最大沉降只有15mm，盾构下穿密集村民房屋取得全满成功。
五、结语
本次盾构顺利下穿房屋群，是广州地铁首次采用双螺旋土压平衡盾构在浅埋复合地层条件下成功下穿超密集村民房屋。通过事前充分准备及过程中精细管理，在盾构下穿2个多月期间，较好的控制住了地面及建筑物的沉降，安全顺利通过了水西村房屋群，为类似的施工积累了宝贵的经验。
论文作者:黄峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/12
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