泥水盾構(gòu)在全斷面砂層掘進(jìn)中的地面沉降控制

衛(wèi) 勇（中鐵三局集團(tuán)廣東建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州 510000）

泥水盾構(gòu)在全斷面砂層掘進(jìn)中的地面沉降控制

衛(wèi) 勇
（中鐵三局集團(tuán)廣東建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州 510000）

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，交通變得越來(lái)越擁擠，地鐵作為新型的交通工具，具有速度快、時(shí)間準(zhǔn)、能耗低、占地省等優(yōu)點(diǎn)。盾構(gòu)機(jī)在砂層中掘進(jìn)時(shí)，由于砂層透水性較強(qiáng)，容易造成砂層流失，最終結(jié)果是造成較大的地面沉降，以至于地面沉陷。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu)；全斷面砂層掘進(jìn)；地面沉降控制

1 工程概況

中鐵三局廣州地鐵九號(hào)線施工1標(biāo)工程范圍包括兩站兩區(qū)間，分別為出入段線、飛花區(qū)間、飛鵝嶺站、花都汽車城站，線路總長(zhǎng)3248m，工程總造價(jià)67300.5768萬(wàn)元，總工期1036天。工程地點(diǎn)為廣州市花都區(qū)西部汽車產(chǎn)業(yè)基地，隧道和車站基本沿著風(fēng)神大道下方東西向布置。飛鵝嶺站~花都汽車城站盾構(gòu)區(qū)間隧道雙延米4516.69m，區(qū)間起至里程Z（Y）DK0+771.800~Z（Y）DK3+029.800。線路沿雙向6車道的風(fēng)神大道向東前進(jìn)，先后通過(guò)花港大道口、紅棉大道路口后，到達(dá)位于風(fēng)神大道上方的花都汽車城站。本盾構(gòu)區(qū)間線路縱斷面為V形坡，最大坡度為5‰，線路埋深為12m~13.5m，隧道頂覆土6m~7.5m。本區(qū)間隧道埋深較淺，盾構(gòu)隧道主要穿越地層及隧道上部地層為〈3-1〉粉細(xì)砂層、〈3-2〉中粗砂層、〈3-3〉礫砂層、〈4N-2〉可塑沖洪積粘性土層、〈4N-3〉硬塑沖洪積粘性土層。隧道底部多為〈5N-2〉殘積粘性土〈6〉全風(fēng)化帶〈7〉強(qiáng)風(fēng)化帶，部分地段為〈4N-2〉可塑沖洪積粘性土層軟弱地層，需要進(jìn)行地面加固。線路范圍內(nèi)揭示大量土洞和溶洞存在。

2 盾構(gòu)隧道地面沉降塌陷的控制措施

盾構(gòu)機(jī)在穿越建筑物過(guò)程中主要以頂部泥水倉(cāng)壓力作為參考，通過(guò)設(shè)定氣墊倉(cāng)壓力調(diào)整頂部泥水倉(cāng)壓力，頂部泥水倉(cāng)壓力可根據(jù)地層埋深計(jì)算，盾構(gòu)穿越該建筑物主要的思路為快速平穩(wěn)通過(guò)，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)思路及控制好地表沉降在盾構(gòu)穿越前、穿越過(guò)程中及穿越后，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)此類地層時(shí)，由于與砂層直接接觸的土層較薄，易受力變形產(chǎn)生裂隙和裂縫，從而形成了與砂層中的水有直接的聯(lián)系通道，進(jìn)而也將成為該砂層流失的通道，其最終的結(jié)果是造成較大的地面沉降，以至于地面塌陷。

2.1 做好盾構(gòu)機(jī)的維修和保養(yǎng)

盾構(gòu)法在城市地鐵中運(yùn)用愈加成熟，城市地鐵不可避免的要穿越建筑物，部分為古老建筑物或者文物，在穿越過(guò)程中對(duì)盾構(gòu)施工提出更高要求，從地表及建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大累積沉降-5.6mm，遠(yuǎn)低于規(guī)定的警戒值，且盾構(gòu)穿越后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，民房未出現(xiàn)開(kāi)裂傾斜等現(xiàn)象。特別是注漿系統(tǒng)和盾尾刷的檢查和更換，只有完好的注漿系統(tǒng)才能夠及時(shí)并有效的填充管片背后空隙。由于砂層中的滲水性較強(qiáng)，如盾尾刷密封失效就無(wú)法防止砂土、泥水從盾尾間隙冒出，造成水土流失。

2.2 采用 （泥水）平衡模式推進(jìn)

泥漿的參數(shù)主要包括泥漿比重和粘度2個(gè)指標(biāo)來(lái)控制泥漿性能，在富水砂層中，泥漿比重往往會(huì)下降，可通過(guò)膨潤(rùn)土及制漿劑來(lái)調(diào)整泥漿的參數(shù)，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)砂層地段時(shí)，由于砂土具有滲水性大，受到擾動(dòng)容易塌陷等特點(diǎn)，需要采用 （泥水）平衡模式掘進(jìn)，以確保密封土倉(cāng)壓力穩(wěn)定開(kāi)挖面，控制地表沉降，防止地層出現(xiàn)塌陷。泥漿粘度控制在18s~22s左右，泥漿性能是確保掌子面臨時(shí)穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，泥漿性能越好，掌子面瞬間形成的泥膜質(zhì)量越好，從而提高掌子面瞬間穩(wěn)定性能。由于砂層地段的透水性較強(qiáng)，所以應(yīng)盡量避免地層中的水滲到土倉(cāng)內(nèi)，引起流砂造成地表沉降超限和塌陷，對(duì)脫出盾尾的管片及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿可有效控制房屋建筑物后期沉降，可將建筑物后期沉降在最短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定于一定數(shù)值。

2.3 盡量快速通過(guò)

高度重視信息化施工、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理，特別是增強(qiáng)掌子面管理的執(zhí)行力度，確保施工安全。盾構(gòu)在富水砂層中掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)速度的加快能夠及早為管片背后注漿創(chuàng)造條件，有利于隧道穩(wěn)定和控制地表沉降。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量提高掘進(jìn)速度，避免刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)地層擾動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成上部砂層液化和塌陷。及時(shí)掌握掌子開(kāi)挖面的地質(zhì)情況，控制出土量在理論數(shù)據(jù)之內(nèi)，防止超挖而造成地表沉降和塌陷。

3 全斷面砂層中盾構(gòu)掘進(jìn)控制地面沉降的措施

3.1 維持土倉(cāng)內(nèi)壓力平衡，隨時(shí)調(diào)整預(yù)定壓力，保證掌子面的穩(wěn)定。對(duì)于盾構(gòu)施工中的水土壓力的均衡問(wèn)題，從而建立土壓平衡。土壓平衡式盾構(gòu)可通過(guò)調(diào)整推進(jìn)速度和螺旋式排土器的轉(zhuǎn)速，使土艙壓力與開(kāi)挖面土水壓力相對(duì)應(yīng)。另外可根據(jù)需要，注入適當(dāng)?shù)奶砑觿┰黾娱_(kāi)挖土的塑性流動(dòng)性，使壓力艙內(nèi)不產(chǎn)生空隙。泥水加壓式盾構(gòu)可根據(jù)圍巖的透水性來(lái)調(diào)整泥漿性狀，并進(jìn)行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對(duì)應(yīng)于開(kāi)挖面的水土壓力。

3.2 通過(guò)流量計(jì)，計(jì)算出渣量，嚴(yán)格控制超挖。在盾構(gòu)施工中為了使推進(jìn)中盾構(gòu)與圍巖之間的摩擦能有盡量較小，且不干擾圍巖，因此必須對(duì)盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)姿態(tài)有效的控制好，防止盾構(gòu)發(fā)生變形和位移等情況，在施工過(guò)程中也應(yīng)該盡量的減少超挖量。盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏差時(shí)，應(yīng)緩慢糾偏，不能操之過(guò)急。

3.3 在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工程中保證注漿量和注漿壓力，實(shí)際注漿量應(yīng)達(dá)到理論空隙量的150%~200%，每環(huán)必要時(shí)要進(jìn)行二次注漿，采用雙液漿。已壓力控制不大于0.5MPa。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，其盾位的空隙下沉和壁后注漿等問(wèn)題的產(chǎn)生，都會(huì)對(duì)盾構(gòu)工程造成嚴(yán)重的影響，因此必須嚴(yán)格有效的控制其問(wèn)題的產(chǎn)生。根據(jù)圍巖狀態(tài)來(lái)選擇滲透性好、固結(jié)強(qiáng)度大的壁后注漿材料，并盡量與盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行壁后注漿，即采用同步注漿。推進(jìn)過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行足量注漿，保證注漿的數(shù)量和質(zhì)量，就能有效地控制沉降。

結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)法施工已經(jīng)越來(lái)越頻繁的在隧道施工中應(yīng)用，由于地層的變化，使得盾構(gòu)在不同地層掘進(jìn)時(shí)其輔助工藝會(huì)有所不同，穿越前應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)的維修保養(yǎng)，排除機(jī)械故障隱患，同時(shí)應(yīng)調(diào)整好泥漿性能、泥水倉(cāng)壓力及同步注漿等參數(shù)，并使盾構(gòu)機(jī)能夠快速穩(wěn)當(dāng)?shù)慕?jīng)過(guò)此地層，把地面的沉降和塌陷降低到最小。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50308-2008，城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2]復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].

[3]陳廣道.盾構(gòu)法穿越砂層、軟弱土層加固處理設(shè)計(jì)[J].中華民居，2011（01）.

中圖分類號(hào)：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A