中交隧道工程局有限公司 北京 100102
摘要：富水砂层项目盾构施工过程中，因土体自身有一定的敏感性，所以实际施工中，原有土层的稳定性是难以保障的，隧道喷涌与地表塌陷等问题发生几率比较大。实际施工中，为改善这一施工问题，要求施工人员要根据项目所在地地质条件，对盾构结构设备合理设计其运行参数，渣土改良配比做出适当地调整，以此增强土层稳定性。基于此，本文主要论述了富水砂层盾构施工技术与掘进问题等相关知识。
关键词：富水砂层；盾构施工；掘进
引言
随着城市经济的快速发展，为地下轨道建设发展提供了推动力，轨道项目建设中，受城市规划与周边环境等因素影响，轨道线路选择时，使得隧道线性设计变得更加复杂。不同地质环境，对盾构施工选型带来了决定性的影响。与一般盾构施工对比，曲线隧道盾构施工比较特殊，因而深入研究富水砂层盾构施工与掘进技术，特别是曲线隧道盾构施工，对类似项目建设有一定的参考价值。
1、项目概况
大-太区间左线线路，全长1135.089m，其中3处直线长为142.048m，4处缓和曲线部位全长260m，1处半径为600m的曲线，长度近700m；1处半径为350m的曲线，长37.42m。在此项目中，应用盾构法技术开展施工，区间线路间距13-16.83m，隧道结构保持12.1-21.1m长的覆土层。
图1：大-太线路区间地质剖面图
本区间线路盾构以中砂地层为主，局部掺杂了粉质黏土地层，松花江漫滩地貌单元是该地层结构主要特点。
2、项目施工主要技术
2.1曲线掘进施工
（1）曲线掘进过程中，基于管片选型、复拧紧改善螺栓孔受力等，保障其质量。（2）安排具有丰富经验的盾构司机，曲线半径进入前进行模拟掘进，保持圆曲线操作。（3）盾构计算机中装设CAD软件，用于曲线纠偏，有效预防控制线路拟合。（4）掘进时，行程差设定必须要合理。（5）掘进速度要适当地的减小，对各部分千斤顶推力进行合理调整，确保中心左右最大与最小推力差不超过1500KN。条件允许情况下，放宽水平角到10mm/m，以此增加盾构调向力度，对左右油缸油压值与油缸行政进行同步调整，确保曲线外侧相比，内侧土仓压力要更小一些。（6）加强控制推进轴线，提高检测与纠错频率，以此保障管片环面能够在曲线半径径向竖直范围内，加强线路检测，确保人工测量符合要求，及时纠偏出现偏移的线路。（7）保持30~40mm/min速度进行曲线段推进，结合土量与地层变形检测数据，对施工参数进行适当地调整，确保施工参数与注浆量能够尽快调整到最佳状态。（8）半径较小的曲线段特别是注浆量与凝固时间控制方面，浆液要保持饱满，适度的压力，对已成环管片位移加强控制，以防对小半径设备拟合造成影响。
2.2富水砂层盾构掘进施工
（1）通过土压平衡掘进模式，计算开挖面的稳定性，对掘进参数进行合理设定，盾构机姿态加强控制，加强土压力控制，以此稳定施工；同时还要注意地表沉降控制，尽可能降低施工对地层造成的影响。实际施工中，控制仓顶压力在1.0bar范围内，保持30mm/min以上的速度进行掘进，且出土量要低于50m3；盾构机要保持向上的姿态，趋势控制范围为±4。同时，要快速掘进，降低中间停滞时间，掘进到1600mm时，要结合土仓顶部压力，出土量减少或不出，掘进到1800mm情况下，将土仓顶部压力保持在2.0bar～3.0bar。
（2）盾构掘进时，将泡沫材料注入土仓与刀盘面，以此确保渣土性能得到改善，增强其流动与止水性，降低涌水流沙与喷涌问题几率，借助螺栓输送机进行排土。富水砂层掘进过程中，在土仓中适当地加入发泡剂材料，要要结合实际情况，对发泡剂配比与加入量进行严格的控制。
（3）持续进行掘进，降低盾构机停止时间。适当减小浆液胶凝时间，提高注浆质量。要注意，地面沉降直接决定着盾尾同步注浆量，如果量少，就会加大地面沉降量，而过多，则会导致地面出现窜浆，对环境造成污染。富水砂层而言，注浆时极易发生向外扩散，实际掘进时，要结合注浆压力（＜2.0bar）与地面情况，对注浆量进行及时调整。注浆标准，能够确保填满盾尾管片空隙，以此确保地面后期不会出现沉降，增强管片防水性能。
（4）应用导向系统，对油缸进行分区操控推进，盾构姿态控制到位，以防太高盾构结构。因富水砂层自身承重能力不高，同时掘进过程中，盾构机震动是客观存在的，姿态极易出现下沉，所以地层中要保持盾构机向上姿态，趋势要控制在±4。如果机头出现下掉，及时采用千斤调整姿态行程，但要注意调节不能太急，要将千斤顶与管片选择结合起来，否则就会缩小盾尾间隙，引起管片发生错台。
3、控制管片拼装质量
3.1拼装控制关键
（1）环面平整性加强控制：从自负环入手进行逐步检查，确保相邻管片环面不会发生凸出，以防损害相邻接缝处管片。（2）控制环面超前量。项目施工中，要注意管片圆环面及隧道轴线设计的垂直度，加大检测力度。如果管片超前量高于控制量，采用管片旋转进行调整，以此确保管片环面垂直于隧道设计轴线。（3）控制相邻环高差：相邻环高差量，对隧道轴线质量与有效断面有着决定性的影响，因而加强控制，确保环高差保持在规定范围中。（4）控制隧道椭圆度：环面拼装过程中，隧道椭圆度测量要及时，及时纠正不合格地方，确保椭圆度符合标准后才能进入下环节推进。（5）拼装前，将盾尾拼装部位垃圾清理干净，做好管片型号、外观与密封材料等检查，修复损坏部位，才能进行拼装。实际施工中，第一块定位管片拼装对整环管片拼装质量与盾构位置密切相关，管片间不能出现踏步，居中品种，还要垂直于隧道轴线。（6）根据管片拼装顺序，适当地缩回千斤顶，完成拼装后及时向千斤顶靠拢，以防盾构出现后退。完成后，伸出所有千斤顶部位，控制所需顶力，再拼装下一管片，逐块完成拼装后，降低盾构姿态突变几率。（7）利用螺栓将纵环向螺栓连接为环管片形状，其连接紧密性对隧道整体性能与质量有着重要的影响，所以每环完成衬砌拼装后，及时将衬砌相连的纵环向螺栓拧紧。下一环推进过程中，千斤顶顶力作用推动下，纵向螺栓再次拧紧。从车架中推出环管片后，纵环向螺栓再次复紧是十分必要的。
3.2纠正管片偏移
管片纠偏直接体现了盾构机纠偏效果，尽可能确保管片环面垂直于设计轴线。轴线纠偏的过程是渐变的，持续几环才能进行控制，如果发生轴线偏离趋势，通过千斤顶的调整进行纠偏。（1）应用千斤顶行程差对平面轴线纠偏进行控制。勤测勤纠，每环纠偏量不超过10mm。以防纠偏量大而扰动地层，引起地面沉降，威胁建筑物安全性，扩大环缝而引起漏水问题。（3）管片拼装前，确保前一环管片与盾尾没有空隙，结合前环成果报表确定纠偏量与措施。（3）管片拼装时，以防发生内外张角、错台与喇叭口，便于准确进行拼装。
3.3管片选型
（1）明确选型责任机制，值班地面调度实时选型，盾构司机辅助，根据盾构姿态与盾尾间隙参数，向盾构技术负责上报，并由其负责监控核实，层层把关。另外，为土建工程师与盾构司机加强技术培训，合理制定奖惩措施，责任制落实到位，明确分工，顺利开展现场施工。（2）掘进过程中，土建工程师分三次测量盾尾间隙变化，对设计轴线、盾构姿态及管片姿态间的关系进行综合分析，检查管片姿态与盾构姿态是否同步，及时完善，以此合理进行管片选型。
4、改良富水砂层盾构渣土
4.1膨润土改良
因膨润土自身具有一定的吸湿膨胀性、低渗、高吸附及良好自封闭等优势，因而钠基膨润土溶液注入土仓，其作用主要为：土仓内土体流动性增强，刀盘转动切削土体，泥膜在掌子面形成，发挥护壁作用，平衡土仓内土压，以防开挖面土体出现坍塌，以此持续进行掘进。配置膨润土浆液时，以4：1的水土比例配置浆液，浸泡直到出现膨化反应，时间不少于12小时，最好保持20小时便于其能够充分溶解。配置过程中，要注意以下问题：（1）采用钠基膨润土配置浆液，且钠离子含量越大越好。（2）浆液黏度保持在105″左右，1.15-1.5的比重，加强施工检测。
4.2泡沫剂改良
一般，如果内摩擦角较小的话，适用于压平衔盾构机，以及易塑流性粘性土层，渗透系数不超过10-6m/s下。如果砂层颗粒粒径较大，因有较大摩擦力，较高的透水性，实际施工中无法稳定进行开挖面施工。为了缓解砂土塑流性，土仓开挖中，加入泡沫，还要注意搅拌充分，增强土壤流动性，降低其透水性，稳定开挖面。此外，还要降低刀盘与土体间的摩擦，减小扭矩，降低壳体与刀盘黏土间的粘着力，为排土机出土提供推动力。利用盾构机，泡沫系统中注入泡沫，其溶液构成包含3%泡沫添加剂与97%的水，而泡沫是由90-95%的压缩空气与5-10%的泡沫溶液混合构成，结合实际施工经验，不同地层合理确定泡沫用量。
结束语
综上所述，富水砂层项目盾构施工中，因土体含水量高且渗透率大，极易发生喷涌、结块与地面沉降等现象。此种情况下，施工人员要根据以往地质水文勘察情况，为盾构机合理制定掘进参数，准确计算土仓压力，合理加入泡沫胶与膨润土，改良渣土，确保顺利开展施工。
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论文作者:刘强
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
标签：盾构论文; 管片论文; 轴线论文; 隧道论文; 曲线论文; 地层论文; 姿态论文; 《防护工程》2019年9期论文;