本立平

中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，山西 臨汾 041000

1 工程概況

本軌道工程某標(biāo)段的盾構(gòu)區(qū)間雙線總長(zhǎng)2589.5m，盾構(gòu)區(qū)間附屬工程主要包括聯(lián)絡(luò)通道5個(gè)。根據(jù)本軌道工程地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境情況，本軌道工程標(biāo)段存在軟弱地層、含水軟巖以及軟硬混合地層以及地面沉降等特殊地段。為此，對(duì)于這些特殊地段，本盾構(gòu)施工時(shí)必須采取有針對(duì)性的技術(shù)處理措施，以有效地保證盾構(gòu)施工的安全性。

2 隧道底為砂層地段處理措施

1）反復(fù)注漿完成后，預(yù)留部分注漿鋼套管以備后期運(yùn)營(yíng)時(shí)補(bǔ)充注漿用，其余的孔位封堵后拆除鋼套管。預(yù)留孔位應(yīng)考慮運(yùn)營(yíng)管線進(jìn)行布置，道臺(tái)混凝土澆筑時(shí)，預(yù)留注漿鋼套管口應(yīng)接管或切除使之與混凝土面齊平。封堵孔位的袖閥鋼管留在土體及管片內(nèi)，并注入高強(qiáng)漿液填滿袖閥鋼管，袖閥鋼管與管片間用改性環(huán)氧樹(shù)脂填充；

2）采用復(fù)合袖閥鋼管隧底注漿加固可有效解決隧底軟弱地層液化的情況，但在隧道內(nèi)施工要考慮防噴涌的問(wèn)題。因此，復(fù)合袖閥鋼管采用特制的，鋼管底部為圓錐型的封閉，確保砂層或地下水不能從管底進(jìn)入注漿管內(nèi)。鋼管上的注漿孔用橡膠皮套箍住，確保注漿的單向性。即在壓力作用下注漿液通過(guò)注漿孔撐開(kāi)橡皮套，將漿液注入加固區(qū)，而外邊的砂或地下水則不能通過(guò)注漿孔進(jìn)入注漿管內(nèi)；

3）在盾構(gòu)管片上按要求預(yù)埋孔徑Φ49mm，長(zhǎng)度285mm的管片注漿套管作為注漿預(yù)留孔。在打入袖閥鋼管前，套管內(nèi)安裝一個(gè)防止地下水通過(guò)管隙進(jìn)入隧道的逆止閥；除了逆止閥，在注漿套管上方安裝一個(gè)帶多重止水橡膠的鋼套管。袖閥鋼管插入鋼套管內(nèi)，通過(guò)止水橡膠有效防止了管壁間涌水的可能。

3 隧道頂為砂層地段處理措施

盾構(gòu)通過(guò)該地段時(shí)必須從良好的碴土改良、合理選擇掘進(jìn)模式、土倉(cāng)壓力、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、出土量控制、同步注漿等掘進(jìn)參數(shù)、同步注漿、監(jiān)控管理等方面進(jìn)行綜合控制才能確保盾構(gòu)安全通過(guò)。本盾構(gòu)通過(guò)砂層地段采用以下掘進(jìn)技術(shù)措施。

3.1 采用注入高分子材料以解決碴土改良難的問(wèn)題

擬選用高分子和泡沫劑兩種材料結(jié)合使用，注入到刀盤(pán)前方進(jìn)行渣土改良。利用高分子材料迅速吸收砂層中的水分，使砂層流動(dòng)性降低轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀?，在掌子面形成一層泥膜穩(wěn)定掌子面，達(dá)到有效建立土壓平衡的目的，同時(shí)利用泡沫劑松散性能來(lái)減小土層粘性以達(dá)到預(yù)防結(jié)“泥餅”的目的。工程實(shí)踐表明采用此項(xiàng)技術(shù)得到成功應(yīng)用，效果顯著。

3.2 采用土壓平衡掘進(jìn)模式維持正面地層的穩(wěn)定

在砂層等軟弱地層掘進(jìn)時(shí)，要維持掌子正面地層的穩(wěn)定，關(guān)鍵是螺旋式輸送機(jī)排土必須準(zhǔn)確。掘進(jìn)過(guò)程中，必須始終維持開(kāi)挖土量與排土量的平衡，以保持正面土體穩(wěn)定，并防止地下水土的流失而引起地表過(guò)大的沉降。在上部為中砂，下部為強(qiáng)風(fēng)化地層中掘進(jìn)，出土量是否超量是前方地層穩(wěn)定與否的直觀反映，在高分子、泡沫與水注入正常的情況下，每環(huán)的出土量一般為60m3～68m3，而在砂層中掘進(jìn)時(shí)出土量往往偏大。因此，在掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)出土量的控制十分必要。

3.3 合理控制土倉(cāng)壓力以避免土壓大起大落對(duì)地層產(chǎn)生掘削擾動(dòng)

合理的土倉(cāng)壓力對(duì)保證掌子面穩(wěn)定、避免擾動(dòng)砂層、提高掘進(jìn)速度有很大的影響。在渣土改良正常的情況下，必須確保土倉(cāng)內(nèi)的壓力略大于水頭壓力。當(dāng)隧道中心埋深為16.0m，地下水位-1.5m～-2.0m時(shí)，土倉(cāng)的中土壓應(yīng)設(shè)定在150kPa～170kPa之間，同時(shí)將土倉(cāng)壓力變動(dòng)幅度控制在20kPa之內(nèi)，避免土壓大起大落，對(duì)地層產(chǎn)生掘削擾動(dòng)，以保證掌子面的穩(wěn)定。盾構(gòu)在砂層段范圍內(nèi)實(shí)施停機(jī)時(shí)必須確保土倉(cāng)壓力的穩(wěn)定，在掘進(jìn)每環(huán)的最后0.1m～0.2m時(shí)應(yīng)停止空氣注入，以確保土倉(cāng)壓力為真實(shí)土壓。以避免盾構(gòu)機(jī)在停機(jī)期間刀盤(pán)土倉(cāng)壓力產(chǎn)生大的波動(dòng)而影響掌子面的穩(wěn)定。

3.4 降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速以減少對(duì)地層的擾動(dòng)

對(duì)于上軟下硬地段的含砂地層，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速在1.8r/min以上時(shí)其扭矩較小、掘進(jìn)速度較快，但其對(duì)地層產(chǎn)生的擾動(dòng)也較大；刀盤(pán)轉(zhuǎn)速在1.4r/min時(shí)其扭矩較小、掘進(jìn)速度平穩(wěn)，且對(duì)地層產(chǎn)生的擾動(dòng)相對(duì)較??；刀盤(pán)轉(zhuǎn)速在1.0r/min時(shí)其扭矩較大、掘進(jìn)速度較慢，渣土改良達(dá)不到效果，其對(duì)地層產(chǎn)生的擾動(dòng)相對(duì)也較大。因此通過(guò)砂層地段時(shí)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量的放慢，宜控制在1.3rpm～1.5rpm之間，在保證一定的掘進(jìn)速度的情況下盡量減少刀盤(pán)對(duì)上部砂層的擾動(dòng)。

3.5 及時(shí)足量的進(jìn)行同步注漿以控制后期沉降

注漿量控制主要控制盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的后期沉降，通過(guò)同步注漿可以起到填充盾殼與管片間的環(huán)形間隙，穩(wěn)定隧道管片上方的土體，從而減少地層沉降的目的。在砂層中進(jìn)行同步注漿量必須做到注漿的及時(shí)、足量、穩(wěn)壓，既不能因注漿量過(guò)少而造成地面大量沉降也不能因壓力過(guò)大而擊穿砂層，造成涌砂、涌水等事故的發(fā)生。為確保注漿量及注漿效果，一般情況下，注漿壓力可以控制在0.3MPa～0.5MPa，注漿量每環(huán)不少于5.5m3，對(duì)于已經(jīng)發(fā)生噴涌、沉陷的地段，注漿量應(yīng)適當(dāng)提高。

4 在上軟下硬地層中掘進(jìn)處理措施

1）在這種典型的上軟下硬地層中掘進(jìn)既要防止噴涌、防止上部砂層塌陷，又要防止刀盤(pán)結(jié)泥餅。因此，合理的高分子、泡沫、空氣和水的注入是改良效果好壞的關(guān)鍵因素。在刀盤(pán)正面注入高分子材料，利用高分子材料的吸水性能，提高渣土的和易性，達(dá)到增塑、保壓、防止噴涌的作用，保證出渣正常。同時(shí)注入適量的泡沫，利用泡沫的潤(rùn)滑性能，減少渣土的粘結(jié)性，提高流動(dòng)性，防止泥餅問(wèn)題產(chǎn)生；

2）嚴(yán)格進(jìn)行土倉(cāng)壓力、出土量管理，控制地面沉降。在添加高分子材料后，控制土倉(cāng)壓力及出土量是達(dá)到有效控制地面沉降的最關(guān)鍵的因素。根據(jù)添加高分子材料進(jìn)行盾構(gòu)施工的實(shí)例反映，與本工程類似地層的沉降可控制在+10～-10范圍內(nèi)，可以滿足盾構(gòu)沉降控制的要求；

3）在刀盤(pán)外周配置邊緣滾刀、超挖刀，保證足夠的開(kāi)挖洞徑，并通過(guò)調(diào)整千斤頂分區(qū)油壓、合理選型管片等措施來(lái)控制盾構(gòu)姿態(tài)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)適當(dāng)加快刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，立足于靠道具切削巖土，避免出現(xiàn)磨刀現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本文結(jié)合某軌道工程的施工實(shí)踐，針對(duì)該盾構(gòu)隧道底通過(guò)砂層等特殊地段，提出相應(yīng)的施工技術(shù)處理措施，旨在為類似地段的盾構(gòu)施工提供參考借鑒。經(jīng)工程實(shí)踐表明，本工程對(duì)于這些特殊地段所采取的技術(shù)措施具有較明顯的安全性以及經(jīng)濟(jì)性，可為解決類似特殊地段施工提供較好的參考實(shí)例。

[1]陽(yáng)東升.泥水盾構(gòu)在幾種特殊地段中的施工技術(shù)[J].科技信息，2010(6).

[2]鐘志全，楊自華.軌道工程特殊地段的泥水盾構(gòu)施工[J].工程機(jī)械與維修，2007(8).