復雜地質(zhì)條件對盾構施工的影響及控制措施

李士永，郭利剛，董會民

北京城建勘測設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000

地鐵盾構施工對周圍建（構）筑物、地面交通影響小，施工速度快，能夠適應各種復雜地質(zhì)條件，是地鐵建設中常用的工法之一[1]。地鐵盾構施工經(jīng)常遇到影響施工進程和安全的復雜地質(zhì)條件，有大粒徑砂卵石地層、高度軟硬不均地層、軟土地層、硬巖、基巖突起與孤石、巖溶隧道與水體下淺覆土等，國內(nèi)外學者已進行過大量研究，并取得了諸多技術突破[2-4]。文章以某地鐵隧道為例，介紹大面積厚填土下隧道穿越軟土時的復雜地質(zhì)條件對盾構施工的影響以及采取的控制措施。

1 工程概況

擬建隧道長度約1045m，底板埋深約8.7～17.0m，隧道直徑6.2m，左右線間距約15m，設置1設聯(lián)絡通道，正線采用盾構法施工，聯(lián)絡通道采用凍結加固礦山開挖法施工。擬建隧道沿規(guī)劃道路敷設，周邊環(huán)境以荒地為主，靠近大里程端下穿高架橋和側穿住宅樓。

2 地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)

擬建工程場地位于南京河西地區(qū)，屬于長江漫灘地貌單元，地形起伏較為平緩，地勢呈西高東低狀，勘察期間實測鉆孔孔口標高為4.43～11.89m。場地覆蓋層約60m，受人類長期活動影響，場地分布較厚填土層（2.9～11.5m），下部以全新世中晚期沉積的新近沉積土（包括淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土與粉砂互層、粉細砂層和中粗砂層）為主，下伏基巖為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。

隧道穿越地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，如圖1所示。場地內(nèi)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土具有壓縮性高、含水量大、強度低和透水性差的特點，工程性質(zhì)極差。隧道上方堆填大面積厚填土，均勻性差，土層松散，強度低，壓縮性高，易變形坍塌。

圖1 擬建隧道某段地質(zhì)剖面圖

2.2 水文地質(zhì)

場地地下水主要為孔隙潛水和承壓水。潛水主要分布于上部人工填土，埋深1.40～9.50m，受季節(jié)性變化影響較大；承壓水分布于中下部巨厚砂層，埋深4.10～5.90m，雨水期水位略有提高。潛水的補給來源主要為大氣降水、管道滲漏和場外含水層的側向徑流補給，以蒸發(fā)、側向徑流為主要方式排泄；承壓水補給來源為場外含水層側向徑流及孔隙潛水越流補給，以地下徑流為排泄方式。

3 地質(zhì)條件對盾構施工影響分析及控制措施

3.1 地面沉降及控制措施

擬建隧道主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，隧道上方是大面積松散厚填土，地層穩(wěn)定性極差，洞身側壁、掌子面易失穩(wěn)，易坍塌變形，造成地層損失過大，引起地面過大沉降。

地面沉降控制原則是采取各種措施保持隧道周圍巖土體穩(wěn)定，防止水土流失進而控制地面沉降。就該工程而言，主要采取以下控制措施[5]。

（1）對隧道周圍土體進行加固改良，一般采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴。

（2）盾構在推進過程中應合理設置土壓力值，保持開挖面平穩(wěn)，防止超挖和欠挖，選用土壓平衡式盾構設備，減少對土層的擾動。

（3）控制盾構姿態(tài)，推進軸線盡量與隧道軸線保持一致，嚴格控制盾構糾偏量，減少盾構在地層中的擺動與對地層的擾動。

（4）選擇合理的掘進參數(shù)，提高隧道施工速度和連續(xù)性，減小施工對地層的影響。

（5）嚴格控制好盾尾注漿，使用合適的添加劑對土體進行改良，必要時進行二次注漿，同時選用抗?jié)B性較好的襯砌結構。

3.2 填土的影響及控制措施

隧道上方分布有大面積厚填土，具有均勻性差、強度低、穩(wěn)定性差的特點。填土層被盾構施工切割后留下的臨空土體毫無自身穩(wěn)定能力，造成地面沉降或垮塌。填土不僅對隧道施工影響較大，還對地鐵運營安全造成威脅。后期建設開發(fā)卸載會使地基土產(chǎn)生回彈，從而導致已建成隧道產(chǎn)生隆起的風險，不均勻隆起變形會造成管片開裂，嚴重時會影響地鐵的正常使用。建議采取以下技術措施加以防范。

（1）在隧道施工前對場地堆積填土進行換填、清運、加固及整平處理，加固范圍不小于盾構影響范圍，整平后的地面標高宜按地塊規(guī)劃控制要求確定。

（2）施工時控制好盾構姿態(tài)和掘進速率，加強同步注漿，做好信息化施工管理，及時調(diào)整掘進參數(shù)，減少填土對盾構施工的影響。

（3）對隧道周圍土體進行加固改良，減少后期堆載可能對建成隧道的影響，保證隧道結構安全。

（4）運營期加強對自身及周邊工程建設監(jiān)控，嚴控隧道兩側及隧道上方的工程建設行為。

3.3 淺覆土層地段的影響及控制措施

擬建隧道部分地段上覆土層厚度約4m，小于1倍的隧道直徑（6.2m），屬于盾構淺覆土地段。地下水埋深較淺，淺覆土地段隧道易上浮引發(fā)地面隆起，進而造成冒水、冒漿事故，同時覆土淺與水頭壓力高造成土壓平衡不易建立。

為確保盾構安全，建議盾構前對淺覆土段進行分層回填壓實處理，達到規(guī)劃控制標高，必要時對隧道周圍土體進行預加固處理。由于覆土荷載小，使開挖面壓力允許范圍縮小，在盾構掘進中，應嚴控開挖面壓力，選用優(yōu)良泥漿或添加劑，盡量減小對地表的影響，最好使用早期強度高、凝結時間短的壁后注漿材料。施工過程中根據(jù)實際工況，精確控制好土壓、掘進速率以及盾構姿態(tài)等，嚴控出渣量，加強管片選型和拼裝工作及施工監(jiān)測，保證施工的連續(xù)性[6]。

4 結束語

地鐵盾構施工中地面沉降是不可避免的，尤其在當隧道埋深較淺，周圍土質(zhì)較差的情況下，盾構掘進對地層的擾動更為明顯，同時復雜的地質(zhì)條件可能造成隧道隆起、地面冒水冒漿、管片開裂等事故。查清場地工程地質(zhì)條件與水文條件，結合工況對不良地段進行預加固，施工過程中嚴控土倉壓力、掘進速率及出渣量，還應嚴控盾構糾偏量，保持開挖面平穩(wěn)，減少地層的擾動，保證同步注漿與二次注漿飽滿，加強施工監(jiān)測，及時調(diào)整掘進參數(shù)等，做好信息化施工管理等措施，最終確保施工安全與質(zhì)量。