基于徐州市黏土地層及上土下巖復合地層的盾構施工技術

張旭

關鍵詞：徐州地區(qū);盾構黏土層施工;盾構上土下巖復合地層施工;掘進參數(shù)

近年來，徐州地區(qū)跟隨地鐵建設的浪潮，大力進行地鐵建設施工，目前徐州地區(qū)3條地鐵線路相繼進行施工，尤其是盾構隧道，占區(qū)間總數(shù)的70%，盾構工法因其施工速度快、對周圍環(huán)境影響小、機械化程度高等優(yōu)勢地鐵隧道施工中得到了廣泛應用。在總結本標段兩條盾構區(qū)間盾構施工經(jīng)驗的基礎上，為后期同樣地層及類似地層施工提供施工掘進參數(shù)等施工經(jīng)驗，確保掘進盾構姿態(tài)，保證土體改良效果，管片拼裝質(zhì)量，及成型隧道偏差。

1工程概況

兩區(qū)間隧道線路縱坡設計為“人”型坡，左右線最大縱坡為5‰。隧道拱頂覆土7.2～10.95m。隧道襯砌為鋼筋混凝土管片，一環(huán)管片包括3塊標準塊、2塊鄰接塊、1塊封頂塊，錯縫拼裝，為滿足小半徑平面曲線擬合要求，避免擬合誤差超過超出規(guī)范允許的拼裝誤差要求，允許個別環(huán)通縫拼裝。鋼筋混凝土管片設計強度為C50，抗?jié)B等級為P10。

本標段兩區(qū)間均穿越5-3-4黏土層（褐黃色、硬塑、中等壓縮性，土質(zhì)不均勻，含鐵錳結核及鈣質(zhì)結核，干強度高、韌性高）及上方為5-3-4黏土層，下部為10-5-3中風化石灰?guī)r（巖石強度高達80MPa）的復合地層。掘進施工中盾構姿態(tài)較難控制，而且對刀盤刀具的損壞也是很嚴重的，必要時需要進行帶壓開倉換刀作業(yè)。在5-3-4黏土層中掘進刀盤易結泥餅，嚴重影響土體改良，大大減小了出土效率，影響了施工工期。

2盾構掘進施工技術

盾構掘進參數(shù)的確定是通過掘進實踐驗證其合理性，由理論計算后再通過實踐進行修正。因此，我們在始發(fā)段地質(zhì)條件下選擇了具有代表性的地層斷面來計算掘進參數(shù)。我們選擇了兩個典型斷面，作為土壓平衡模式掘進參數(shù)的計算斷面。一是選取盾尾完全進入洞門時刀盤所處位置，此時也恰好處于上軟下硬地層中;二是選取盾構掘進100環(huán)時刀盤所處位置，此時盾構處于均一地層中。通過理論計算結合我項目部以往的盾構施工經(jīng)驗，盾構始發(fā)前我們擬定了如下表的盾構掘進參數(shù)。

根據(jù)上表掘進參數(shù)進行盾構掘進施工，盾構姿態(tài)控制在水平偏差控制在-30～20mm范圍內(nèi)，高程偏差控制在-38～35mm范圍內(nèi)，成型管片隧道高程合格率100%，其數(shù)值在-30mm～+11mm范圍內(nèi)，其隧道平面合格率100%，其數(shù)值在-29mm～+25mm范圍內(nèi);盾構姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達到較高水平。

在約110m的上土下巖隧道掘進過程中，積極控制掘進速度，同時根據(jù)出土情況查看掌子面巖石情況，確定巖石量及巖石性質(zhì)，以便更好的反饋盾構掘進。并加強施工監(jiān)測，加強同步注漿漿液質(zhì)量及注漿壓力和注漿量，根據(jù)監(jiān)測情況及時對沉降部位進行二次注漿充填間隙，避免繼續(xù)沉降。根據(jù)上表掘進參數(shù)進行盾構掘進施工，盾構姿態(tài)控制在水平偏差控制在-32～24mm范圍內(nèi)，高程偏差控制在-39～36mm范圍內(nèi)，成型管片隧道高程合格率100%，其數(shù)值在-28mm～+13mm范圍內(nèi)，其隧道平面合格率100%，其數(shù)值在-26mm～+23mm范圍內(nèi);盾構姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達到較高水平。

3渣土改良

區(qū)間穿越老黏土層<5-3-4>過程中，其主要特征：

（1）土體粘度大，易結泥餅;

（2）改良材料不易進入切削下來的土體內(nèi)部將其改良成流塑性渣土;

（3）螺旋機口容易堵;

（4）皮帶易打滑。

泡沫注入通道共18路（6路位于刀盤，4路位于土倉內(nèi)壁，8路位于螺旋輸送機），在

前期掘進的時候渣土改良環(huán)節(jié)中無法達到理想的狀態(tài)，出來的渣土比較稀，泡沫使用量比較大，同時渣土出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，嚴重浪費泡沫，增加成本，后調(diào)整渣土改良參數(shù)，左線掘進出土基本順暢，從目前狀況來看，前100環(huán)盾構掘進渣土改良效果均良好。

改良參數(shù)：原液比例3%，發(fā)泡率：10-18，每環(huán)用量：50-60L;

輔助措施：視情況在土倉內(nèi)間斷性加水及膨潤土;

出渣情況：出渣流暢;

4管片拼裝

拼裝過程中出現(xiàn)個別破碎，個別錯臺問題，分析原因有以下幾點：

（1）盾尾間隙不均勻，上半部間隙偏小，盾構調(diào)整姿態(tài)時，盾尾容易刮到管片，管片受壓，導致管片局部受力不均，容易造成管片破損;

（2）管線遷改進度緩慢，導致盾構機長時間停機，發(fā)生整體沉降;

（3）上下油缸行程差過大，導致管片徑向受力產(chǎn)生分力較大，容易導致管片錯臺、破損;

（4）同步注漿量和注漿壓力控制不合理;

（5）施工過程中盾尾沒有定時清理，堆積泥漿，管片拼裝時影響管片成形，推進過程中這些雜物也可能刮到管片，導致管片拼裝質(zhì)量較差，嚴重的容易造成管片破損。

針對以上分析原因，我項目部就盾構施現(xiàn)場存在問題采取了以下措施：

（1）盾構值班技術員每環(huán)管片拼裝完成必須測量盾尾間隙，并告知盾構司機和拼裝手，以便提前糾正、調(diào)整。

（2）盾構司機和值班技術員，在盾構掘進和管片選型上要嚴格按照施工規(guī)范操作，要有超前意識，控制好各項技術指標，對有問題的指標要提前糾偏。

（3）盾構司機和值班技術員要定期檢查盾尾情況，對盾尾雜物要及時組織施工班組清理。

（4）同步注漿要求注漿量和注漿壓力雙控，注漿量控制在4.5～5方/環(huán)，注漿壓力控制在2～3bar。

（5）測量人員要保證每天監(jiān)測一次管片姿態(tài)，并形成書面文字對盾構司機和值班技術員進行交底。堅持監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集，并做有效的對比，掌握不同地層條件下管片姿態(tài)變化情況，以便為后續(xù)施工做參考。

（6）管片在現(xiàn)場安裝前仍要進行一次檢查，在確認管片質(zhì)量完好無缺和止水條粘結無脫落后，才允許安裝，管片拼裝成環(huán)時，其連接螺栓先逐片初步擰緊，脫出盾尾后再次擰緊。當后續(xù)盾構掘進至每環(huán)管片拼裝之前，對相鄰已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進行全面檢查并復緊。

5監(jiān)測分析

為研究盾構施工對地表沉降的影響，以地表某一沉降點為例，根據(jù)盾構掘進前后過程，其監(jiān)測點沉降變化，分析沉降原因，并根據(jù)沉降情況判斷是否采取注漿等措施;

盾構施工引起的隧道上方地表位移沿盾構前進方向可以分為5個不同的區(qū)段：

1—初始沉降，這部分的沉降是由于盾構掘進擾動土體前方一定距離外壓密使孔隙比減小引起的;

2—盾構工作面前方的沉隆，這是由于正面土體受擠壓而向上隆起以及孔隙水壓力增加引起;

3—盾構通過時的沉降，這是由于土體擾動和盾構與土體之間的剪切錯動引起的;

4—盾尾空隙沉降。這是由于土體脫離盾構支撐后應力釋放引起的;

5—土體次固結沉降，這是由于土體擾動，變形隨時間而增長引起的。

從圖中可以看出，盾構推進過程中同一中線盾構隧道拱頂上方產(chǎn)生的沉降最大，兩邊依次減小，沉降橫向分布曲線近視可用正態(tài)曲線進行擬合。

（2）地層沉降原因

伴隨盾構推進一般會發(fā)生一定的地基變形，其發(fā)生原因可以分為以下幾點：

a 開挖面上的土水壓力不平衡導致開挖面失去穩(wěn)定性。此時，壓力艙壓力大于開挖面土壓力和水壓力時出現(xiàn)地基隆起，相反會出現(xiàn)地基沉降;

b 盾構推進對周圍土體的擾動。盾構殼板和土體的摩擦、以及土體的擾動會引起地基隆起和沉降;

c 盾尾空隙的發(fā)生和壁后注漿的不足。盾構施工必然產(chǎn)生盾尾空隙，這一空隙會引起地基的應力釋放而產(chǎn)生彈塑性變形。一般可通過實施壁后注漿來控制。;

6結論

在本標段兩區(qū)間盾構施工過程中總結出在黏土地層及上土下巖復合地層的掘進參數(shù)、土體改良、管片拼裝及監(jiān)測等方面的施工經(jīng)驗，希望能夠為后期類似地鐵盾構隧道施工提供參考經(jīng)驗;

參? 考? 文 獻

[1] 西南交通大學 2008 《地鐵盾構施工對臨近結構物的影響預測與控制方法》.

[2] 北京工業(yè)大學 2008《土中自行走式掘進機軸向增組片合理參數(shù)的數(shù)值模擬與研究》

[3] 《科技風》2008年17期《盾構過程中常見問題及其控制方法》

[4] 《復雜地層中盾構空推過礦山法隧道的施工風險及質(zhì)量控制措施》??? [J].? 建材與裝飾，2018（13）

[5] 《土壓平衡盾構掘進地表沉降規(guī)律及控制方法》??? [J].? 低溫建筑技術2019（11）