富水粉細砂地層中盾構(gòu)掘進的研究

張帥

摘 要：在富水粉細砂地層中采用盾構(gòu)掘進的施工方式還存在著許多難點。本文針對這些難點進行了深入分析，并提出了改良方案，可以有效防治在富水粉細砂地層中盾構(gòu)掘進所產(chǎn)生的砂土液化的問題。同時，還可以減小地面下沉的速度，從而保證盾構(gòu)掘進施工順利完成。

關(guān)鍵詞：富水粉細砂地層；盾構(gòu)掘進；砂土液化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.098

現(xiàn)如今，我國的盾構(gòu)掘進技術(shù)已經(jīng)得到了很大的提升和完善，可以很好的應對我國不同地區(qū)復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且長期以來積累下來了很多的經(jīng)驗和參考案例。但是，從施工成本、安全性和工期方面來考慮，盾構(gòu)掘進施工技術(shù)還需要面對許多的現(xiàn)實性問題。我國在前幾年已經(jīng)有了對液化地質(zhì)層盾構(gòu)掘進施工技術(shù)的分析和研究，但是依舊需要結(jié)合實際的施工情況對其進行梳理和總結(jié)，為此后相同情況提供參考依據(jù)。

1 盾構(gòu)掘進施工中的問題

（1）砂土液化問。所謂砂土液化就是指飽和的砂土受到外力的作用，在強烈的振動下會喪失抗剪強度，從而土地里的沙粒會呈現(xiàn)一種懸浮的狀態(tài)，導致地基失效。因此，富水粉細砂地層由原先穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)變成液態(tài)的因素有如下幾個。

1）土的性質(zhì)。其主要包括土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、土的顆粒大小和組成，土的顆粒越小，土質(zhì)越細，其半徑也就越小。因此這種土的穩(wěn)定性也就越低，容易出現(xiàn)砂土液化的問題。而富水粉細砂地層受水文條件的影響，這種粉細砂地層就極其容易出現(xiàn)砂土液化問題。2）埋藏深淺。在富水粉細砂地層中盾構(gòu)掘進過程中，如果超孔隙水壓力過大，就會產(chǎn)生孔隙水，從而造成砂土液化。如果液化砂層的埋藏深度較淺的話，在其之上的土地覆蓋重力和側(cè)壓比較小，這種液化砂層就能夠很容易的向上滲入到上面的土質(zhì)層，擴大液化面積。所以，埋藏越淺的富水粉細砂地層越容易發(fā)生液化。3）荷載。當振動在砂土的荷載能力范圍內(nèi)，就不會造成砂土結(jié)構(gòu)破壞和體變，就自然不會出現(xiàn)砂土液化。但是，當振動超過砂土的荷載能力范圍，就會使砂土出現(xiàn)液化。而盾構(gòu)掘進施工技術(shù)所產(chǎn)生的振動遠遠超過砂土的荷載能力，所以會使砂土發(fā)生液化。

（2）易形成噴涌，導致塌方和地面建筑破裂.富水粉細砂地層含水量極高，并且砂土滲透性較強，容易發(fā)生液化。因此，在富水粉細砂地層中采用盾構(gòu)掘進的施工方式很容易造成噴涌的現(xiàn)象。同時，這種情況發(fā)生以后，需要用很長時間對盾尾進行清洗處理，這就嚴重的阻礙了施工的進度，有可能還會導致不能按時完成工作。除此以外，由于大量的泥沙噴出或者是被水滲透，就容易引起地面下沉，最終對地表的建筑物造成破壞。

造成這種砂土噴涌的現(xiàn)象主要是因為：首先要有充足的高壓水量，而這種高壓水主要是來源盾構(gòu)后方的匯水管道和砂土本身所帶有的水分；其次就是需要螺旋傳輸器，在其高壓力下，水體和砂土則混合噴涌而出。

（3）難以控制地面下沉。在噴涌現(xiàn)象發(fā)生了之后必然會引起地面下沉，并且這種情況的控制難度很高。即使沒有發(fā)生這種大量的噴涌現(xiàn)象，要想控制地面下沉也是很有難度的。那么，造成這種現(xiàn)象的原因是什么？首要原因就是富水粉細砂地層的土質(zhì)不穩(wěn)定，在盾構(gòu)掘進的過程中，從開挖到填充的期間必然會引起地面下沉；其次就是在盾構(gòu)掘進的過程中必然導致砂層中的水分流失，引起砂層結(jié)構(gòu)破壞，從而導致地面下沉。

2 富水粉細砂地層中盾構(gòu)掘進施工的改進措施

盾構(gòu)掘進施工的目標和原則是平穩(wěn)而快速地通過富水粉細砂地層，并且盡量減少停機以及掘進的時間。充分利用盾構(gòu)機的優(yōu)越性，合理地匹配各參數(shù)，并采取正確而有效的輔助措施。

（1）渣土改良劑的選擇和使用。要想達到良好的施工效果，就需要將掘進的速度始終保持在一個水平，盡量減少對富水粉細砂地層的擾動，爭取快速而平穩(wěn)地通過該砂層。要想實現(xiàn)這一目標就必須使用渣土改良劑。成功使用渣土改良劑以后，可以為穩(wěn)定土質(zhì)砂土，減少噴涌和液化，以及減少對機器的磨損提供一個強有力的保障。

選擇渣土改良劑時，要結(jié)合以前的經(jīng)驗。現(xiàn)如今，已有泡沫廠的研究專家研發(fā)出了一種專門針對富水粉細砂地層的泡沫劑。這種混合物不僅可以改良土體，還可以增強泡沫的穩(wěn)定性，減少滲透，從而避免噴涌現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）封堵縱向滲漏水通道。盾構(gòu)進洞施工的一個最關(guān)鍵的措施就是封鎖縱向滲漏水通道。以前施工的時候是在第二次進洞的間隙對其進行封堵，這就使得施工時期延長和過程繁復，并且還有可能造成砂層結(jié)構(gòu)破壞，風險較大。后來改進后，就使用油溶性聚氨酯來封堵縱向滲漏水通道，這種封堵方式比以前的二次進洞封堵更加節(jié)省時間和成本。

（3）控制盾構(gòu)姿態(tài)。盾構(gòu)姿態(tài)主要包括三個參數(shù)，即平面方向、自身的轉(zhuǎn)角以及推進坡度。因此，能夠?qū)Χ軜?gòu)姿態(tài)產(chǎn)生影響的因素就有：土的厚度、出土量、土層分布情況、注漿情況以及油缸作用情況。只有將這些因素都控制好，才能保證盾構(gòu)過程順利進行。

（4）洞內(nèi)雙液注漿封堵加固通道。為了保證盾構(gòu)機在出洞以后的安全，需要對盾構(gòu)機所經(jīng)過的區(qū)域在進行加固時注漿封堵，這可以阻止外面的水體和砂土通過管片和間隙進入盾構(gòu)機內(nèi)部，從而對盾構(gòu)機的正常運行產(chǎn)生影響。與此同時，還可以在止水的帷幕內(nèi)和外面進行水井施工，通過這種方法來達到降低水位的目的，從而有效避免水體和砂土的涌進。

（5）洞口雙液注漿封堵。在洞內(nèi)完成雙液注漿封堵以后，就馬上推進盾構(gòu)和拼裝剩余的管片，最終讓盾構(gòu)全部都落在接受架上面。在盾構(gòu)快要到達洞口之前要停止同步注漿，但是還需要在洞門的地方進行雙液注漿封堵，這是為了填充砂層和盾構(gòu)之間的孔隙，將加固后的土體與管片完全的阻隔起來。

3 結(jié)語

為了有效地控制富水粉細砂地層發(fā)生液化、地面下沉，并且提高盾構(gòu)的掘進速度，需要采取一系列合理的措施。比如：進行渣土改良和合理選擇盾構(gòu)掘進的參數(shù)。對富水粉細砂地層的問題和改良措施的研究，為以后這類施工提供了寶貴的經(jīng)驗。但是，富水粉細砂地層中的盾構(gòu)掘進仍然存在著許多的挑戰(zhàn)，這需要我們不斷對其進行完善。

參考文獻：

[1]尹凡，袁大軍.富水軟弱粉細砂地層土壓平衡盾構(gòu)掘進對土體擾動研究[D].北京交通大學，2010.

[2]賀衛(wèi)國，朱永全，戴維.南京河西長江漫灘復雜地層盾構(gòu)施工端頭加固綜合技術(shù)研究[D].石家莊鐵道大學，2014.