砂質(zhì)粉土地層盾構(gòu)施工控制技術(shù)探討

陳 飛 （徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000）

關(guān)鍵字：盾構(gòu)；砂質(zhì)粉土；強(qiáng)滲透性液化地層；地面沉降；掘進(jìn)參數(shù)控制

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,地鐵作為緩解城市道路交通問題和發(fā)展城市公共交通越來越受到重視，建設(shè)城市逐年增多。由于城市市區(qū)內(nèi)施工影響因素較多,盾構(gòu)法以其施工優(yōu)勢及對周邊環(huán)境影響較小而被廣泛采用，但穿越不同的土層,盾構(gòu)施工參數(shù)控制措施各不相同。

徐州市軌道交通1號線為貫穿城市東西發(fā)展主軸，覆蓋城市東西主軸客流走廊，銜接人民廣場、淮海廣場和古彭廣場老城區(qū)三大商業(yè)中心。盾構(gòu)施工過程中遇到了砂質(zhì)粉土地層，而針對砂質(zhì)粉土地層，本文通過1號線蘇堤北路站～西安路站、人民廣場站～蘇堤北路站區(qū)間的盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的問題及采取的相應(yīng)措施，為盾構(gòu)在類似砂質(zhì)粉土層施工中提供參考實(shí)例。

2 砂質(zhì)粉土層分析

2.1 工程地質(zhì)概況

工程所在的韓山站-工農(nóng)北路站-人民廣場站-蘇堤北路站-西安路站四個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，區(qū)間沿線土層分布由上至下分別為：①1雜填土、①2素填土、②5-2砂質(zhì)粉土、②5-3砂質(zhì)粉土、②4-2粉質(zhì)粘土、②3-3可塑黏土、⑤3-4硬塑黏土、⑤4-3可塑黏土、⑤3-4硬塑黏土。其中，蘇～西、人～蘇區(qū)間盾構(gòu)穿越部分的②5-3砂質(zhì)粉土層。

2.1 砂質(zhì)粉土地層特性分析

②5-3砂質(zhì)粉土主要夾雜于②4-2粉質(zhì)粘土和⑤3-4硬塑黏土（部分含砂礓石）之間，土體呈黃灰色，中密，濕，見鐵質(zhì)侵染，局部夾粉砂及大量云母碎屑，欠均質(zhì)。搖振反應(yīng)中等，切面稍有光澤，韌性、干強(qiáng)度底。②5-3砂質(zhì)粉土滲透系數(shù)為0.35m/d，孔隙比為0.678，土重度約 19.5kN/m3，土層厚度 0.5～8.4m 土體中地下水含量豐富，主要為孔隙水，年變幅1.50m，含水量為23.9%，常年最高水位按地表下埋深0.5m考慮。

3 地面沉降分析及對策

蘇堤北路站～西安路站區(qū)間左線穿越期間由于缺少對②5-3砂質(zhì)粉土的認(rèn)識，導(dǎo)致初始穿越期間引起地面沉降。經(jīng)分析掘進(jìn)及停機(jī)土倉壓力較低、停機(jī)時(shí)間較長、同步漿液的初凝時(shí)間較長、注漿壓力漿量不滿足都會(huì)造成地面沉降，刀盤前方、盾體上方、盾尾后方都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的沉降。下面針對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析并采取了相應(yīng)措施。

土層滲透系數(shù)和透水性分析表 表2.1-1

圖2.1 區(qū)間穿越圖層縱斷面分布圖

3.1 掘進(jìn)土壓及停機(jī)土壓

當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至黏土層和砂質(zhì)粉土層交界處時(shí)，拱頂埋深約16.2～16.7m，地質(zhì)發(fā)生變化，兩種地層的透水性、重度、角摩擦力、透水性、含水率都發(fā)生變化，在黏土層掘進(jìn)時(shí)的土壓相對于砂質(zhì)粉土較低，土壓若不及時(shí)調(diào)整會(huì)引起多出渣導(dǎo)致地面沉降；機(jī)器故障、漿管堵塞、工序不當(dāng)?shù)韧C(jī)時(shí)，若停機(jī)時(shí)間＞2h則會(huì)引發(fā)盾體上方土體沉降，當(dāng)日累計(jì)沉降可達(dá)3mm～10mm。

表3.1-2 沉降變化折線圖

砂質(zhì)粉土層掘進(jìn)階段，土壓管理尤為重要，主要采取的控制措施如下。

①盾構(gòu)司機(jī)掘進(jìn)過程中規(guī)范操作：開始推進(jìn)時(shí)，推進(jìn)模式開啟后方可打開螺機(jī)閘門轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)。停止推進(jìn)時(shí)，先關(guān)閉螺旋輸送機(jī)和螺機(jī)閘門后再關(guān)閉推進(jìn)模式。

沉降位置檢測數(shù)據(jù)一覽表 表3.1-1

②砂質(zhì)粉土層掘進(jìn)土壓在2.0bar較為合適，停機(jī)土壓為2.1bar,停機(jī)后恢復(fù)掘進(jìn)時(shí)土壓宜比正常掘進(jìn)稍高0.1～0.2bar左右。

③停機(jī)前最后一斗渣掘進(jìn)時(shí)減少泡沫用量，采用實(shí)土保壓，停機(jī)過程中不得隨意轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤增大對地層的二次擾動(dòng)（特殊情況除外），若停機(jī)時(shí)間較長，可向土倉內(nèi)注入膨潤土保壓。

④每斗的管理行程約330～350mm，若出現(xiàn)50mm的偏差立即上報(bào)值班工程師。

⑤技術(shù)人員對每環(huán)的出渣量進(jìn)行監(jiān)控觀察，若出現(xiàn)最后一斗出渣異常情況，立即查找原因，如是否因渣斗未倒凈或者未倒產(chǎn)生。

3.2 同步注漿、二次注漿

3.2.1 同步注漿

區(qū)間采用的盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為φ6480mm，管片外徑為6200mm，每環(huán)（1.2m環(huán)寬管片）的理論填充體積V理論=π×（3.242-312）×12=3.3445m3。根據(jù)設(shè)計(jì)要求正常段系數(shù)為1.5，即每環(huán)正常注漿量為5m3。由于砂質(zhì)粉土的透水性較黏土好、含水率大，所以掘進(jìn)過程中的同步漿液相對黏土層更多，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同步漿液達(dá)到7～8m3時(shí)，能很好地保證穿越砂質(zhì)粉土層時(shí)的地面沉降。其中漿液的初凝時(shí)間也尤為關(guān)鍵。

針對穿越砂質(zhì)粉土層同步注漿，主要控制措施：

①每天當(dāng)班技術(shù)人員對當(dāng)天漿液進(jìn)行取樣，對漿液的凝結(jié)時(shí)間、收縮率進(jìn)行試驗(yàn)；

②每天不定期抽查漿液配置過程，嚴(yán)格按照配比，現(xiàn)場整改；

③砂質(zhì)粉土層每環(huán)同步漿量7m3以上，注漿壓力為3.5bar左右，實(shí)行注漿壓力與注漿量雙控；

④針對砂質(zhì)粉土，確保漿液凝固時(shí)間、收縮率、粘稠度，特在同步漿液原配比基礎(chǔ)上將水泥、粉煤灰、黃沙、膨潤土量適當(dāng)更改。

（kg/m3）沉降前 150 70 300 700 45沉降后 170 75 350 750 45類型 水泥（kg/m3）膨潤土（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）黃砂（kg/m3）水

調(diào)整之前的漿液初凝時(shí)間在7～8h，為了減少漿液初凝時(shí)間并考慮到砂質(zhì)粉土中的含水量，將水泥、粉煤灰、膨潤土、砂子含量適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整后的同步漿液初凝時(shí)間為6h左右，縮水率在10%以內(nèi)，能夠很好地滿足地層需要。

3.2.2 二次注漿

必要時(shí)可在后部管片打孔進(jìn)行二次補(bǔ)漿，為保證二次漿液的充分填充，初始階段漿液凝結(jié)時(shí)間5min左右為宜，后續(xù)可將凝結(jié)時(shí)間調(diào)整至10s左右。若地下水較大，可每隔10環(huán)進(jìn)行打一次環(huán)箍，減少漿液的流失?？刂茀?shù)為：

①二次注漿壓力控制在0.2～0.4MPa,根據(jù)實(shí)際計(jì)算及現(xiàn)場注漿效果調(diào)整；

②二次補(bǔ)強(qiáng)注漿量根據(jù)地質(zhì)情況及注漿效果，結(jié)合監(jiān)測情況具體確定；

③注漿順序應(yīng)先壓注可能存在較大空隙的一側(cè)；

④注漿效果判定：補(bǔ)強(qiáng)注漿一般情況下以壓力控制，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力則結(jié)束注漿，視注漿效果可再次進(jìn)行補(bǔ)注漿。

3.3 渣土改良

由于砂質(zhì)粉土，屬于液化地層，含水量大，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，泡沫和水不宜增加太多，否則會(huì)產(chǎn)生噴涌、皮帶打滑、漏渣的現(xiàn)象發(fā)生，清渣會(huì)影響工序進(jìn)行，耽誤時(shí)間造成不必要的停機(jī)。由于淮海西路比較陳舊，以前的地質(zhì)勘探孔未封閉好，或者時(shí)間過久封閉效果變差，增加了穿越過程中地面冒漿冒泡沫的風(fēng)險(xiǎn)。針對渣土改良采取措施：

①采用優(yōu)質(zhì)的泡沫劑原液，掘進(jìn)時(shí)原液比例為3%，不僅能控制刀盤扭矩還可以很好地改良渣土；

②對盾構(gòu)司機(jī)進(jìn)行交底，增強(qiáng)盾構(gòu)司機(jī)對土層的認(rèn)識，提前對渣土改良進(jìn)行調(diào)整，禁止出現(xiàn)忽干忽稀渣土未改良好的操作失誤；

③穿越地質(zhì)勘探孔段時(shí)，泡沫與膨潤土用量采用3:2的比例進(jìn)行改良，降低泡沫冒出地面的概率，減少因泡沫冒出帶動(dòng)土體流失產(chǎn)生沉降的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 監(jiān)測管理

1、每天及時(shí)上報(bào)監(jiān)測數(shù)據(jù)，第一時(shí)間通知盾構(gòu)技術(shù)人員，為盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整做第一手準(zhǔn)備。

2、出現(xiàn)預(yù)警報(bào)警時(shí)，監(jiān)測頻率與正常軸線加密監(jiān)測頻率相同。

3、監(jiān)測出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)測第一時(shí)間通知盾構(gòu)人員，并進(jìn)行復(fù)測。

3.5 人員管理

穿越期間盾構(gòu)的掘進(jìn)參數(shù)起到至關(guān)重要的作用，但是崗位管理同樣重要，往往事故的發(fā)生都是因?yàn)榘l(fā)生階段現(xiàn)場無管理人員及時(shí)組織有序搶險(xiǎn)，重要崗位無人值守引起。

①建立搶險(xiǎn)體系，出現(xiàn)險(xiǎn)情第一時(shí)間進(jìn)行處理及匯報(bào)，穿越期間的領(lǐng)導(dǎo)值班制度，當(dāng)班領(lǐng)導(dǎo)為第一責(zé)任人；

②穿越前制定相應(yīng)的應(yīng)急措施，地面出現(xiàn)沉降時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行圍閉，必要時(shí)進(jìn)行交通疏解；

③穿越期間，地面全天安排專人巡視，盾構(gòu)司機(jī)、值班工程師等主要崗位需進(jìn)行現(xiàn)場交接班，嚴(yán)禁出現(xiàn)操作室無司機(jī)現(xiàn)象，做到24h不斷人。

4 結(jié)論

本文通過對盾構(gòu)在強(qiáng)滲透性、液化性較大的砂質(zhì)粉土地質(zhì)環(huán)境下施工技術(shù)的研究，通過分析采取了掘進(jìn)土壓、補(bǔ)注漿、監(jiān)測、砂土改良等有針對性的技術(shù)措施，取得了較好的效果，得出如下結(jié)論：

①由于該砂質(zhì)粉土層強(qiáng)滲透性及液化性較大，停機(jī)時(shí)間過長容易導(dǎo)致盾體上方和刀盤前方土體收斂，引起地面沉降，故盾構(gòu)掘進(jìn)過程中避免不必要的停機(jī)。

②盾構(gòu)在砂質(zhì)粉土地層掘進(jìn)過程中的土壓力，受地下水影響較大土壓力較難準(zhǔn)確計(jì)算，期間加密地面監(jiān)測頻率至3～4次/d,保證時(shí)效性以及時(shí)調(diào)整土壓參數(shù)。

③穿越期間各崗位操作人員要縮短交接班時(shí)間間隔，尤其是司機(jī)和值班工程師，保證掘進(jìn)參數(shù)和工序的連貫。

④穿越期間，加強(qiáng)后部二次補(bǔ)漿，防止同步漿液流失導(dǎo)致的地面沉降。