摘要：鄭州市4號(hào)線龍湖段市政配套工程盾構(gòu)區(qū)間三次穿越龍湖，龍湖湖水深度7.0m，盾構(gòu)區(qū)間最小覆土約6.0m。區(qū)間穿越土層主要為2-4細(xì)砂層、3-4細(xì)砂層與3-5中砂層，土層含水量高，滲透性高，采用常規(guī)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工;富水砂層;盾構(gòu)穿湖

1工程概況

鄭州市軌道交通4號(hào)線龍湖段市政配套工程有3座區(qū)間下穿龍湖，分別為：龍湖內(nèi)環(huán)路站～龍湖島站區(qū)間、龍湖島站～副CBD內(nèi)環(huán)路站區(qū)間、副CBD內(nèi)環(huán)路站～鑫融路站區(qū)間。根據(jù)野外鉆探編錄資料，本盾構(gòu)區(qū)間穿越土層主要為：2-4細(xì)砂，3-4細(xì)砂，以及3-5中砂。

區(qū)間的主要參數(shù)見(jiàn)下表：

表1""區(qū)間參數(shù)表

序號(hào)

區(qū)間名稱

區(qū)間最小覆土（m）

區(qū)間穿湖長(zhǎng)度（m）

1

龍湖內(nèi)環(huán)路站～龍湖島站區(qū)間

6

335

2

龍湖島站～副CBD內(nèi)環(huán)路站區(qū)間

6

450

3

副CBD內(nèi)環(huán)路站～鑫融路站區(qū)間

5.8

110

2土壓平衡盾構(gòu)在軟土、砂層掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)盾頭與刀盤間設(shè)有密封隔板，可與開(kāi)挖面土層形成一個(gè)密封的泥土艙，并在掘進(jìn)時(shí)通過(guò)調(diào)整推進(jìn)油缸的頂進(jìn)速度、控制開(kāi)挖量及出土量等措施調(diào)控土艙壓力來(lái)平衡工作面的水土壓力，從而保持掌子面土層穩(wěn)定。

當(dāng)出土螺旋輸送器打開(kāi)時(shí)，土倉(cāng)的壓力會(huì)出現(xiàn)損失與下降。如果工作面的巖、土層性能較好自穩(wěn)能力又較強(qiáng)時(shí)，土倉(cāng)壓力將出現(xiàn)短暫損失，但圍巖仍能維持穩(wěn)定，掌子面不會(huì)出現(xiàn)坍塌，地面也不會(huì)出現(xiàn)較大的沉陷。

即使工作面巖土層物理力學(xué)指標(biāo)較差，如仍具有一定的粘結(jié)性能時(shí)，尚可通過(guò)調(diào)整螺旋輸送器排土量，盡量縮小排土?xí)r間，減少土倉(cāng)壓力損失量及損失時(shí)間，工作面巖土層雖有一定變形但仍能維持穩(wěn)定，地面可能出現(xiàn)一定的沉降與變形，但不會(huì)出現(xiàn)坍塌。

但當(dāng)工作面是穩(wěn)定性較差的富水砂層、流塑狀的淤泥時(shí)，螺旋出土器出土，那么盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)所剩余的壓力無(wú)法與工作面水土壓力平衡，掌子面的水土?xí)咳胪羵}(cāng)，出現(xiàn)坍塌并引起地面較大的沉陷。因此采用適應(yīng)于塑態(tài)土層和軟質(zhì)巖石中掘進(jìn)的土壓平衡盾構(gòu)在流塑狀淤泥、富水砂層中掘進(jìn)，風(fēng)險(xiǎn)是比較大的。

龍湖湖水深度為7.0m，盾構(gòu)區(qū)間最小覆土約6.0m。區(qū)間穿越土層主要為2-4細(xì)砂層、3-4細(xì)砂層與3-5中砂層，土層含水量高，滲透性高。當(dāng)螺旋出土器出土?xí)r，盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)所剩余的壓力無(wú)法與工作面水土壓力平衡，掌子面的水土?xí)咳胪羵}(cāng)，出現(xiàn)坍塌并引起地面較大的沉陷。盾構(gòu)下穿湖底的區(qū)間總長(zhǎng)度為895m，長(zhǎng)距離的下穿龍湖，給盾構(gòu)施工增添了風(fēng)險(xiǎn)。

3盾構(gòu)機(jī)選型的依據(jù)

根據(jù)平衡開(kāi)挖面土壓與水壓的不同原理，密閉式盾構(gòu)機(jī)可分為土壓平衡式盾構(gòu)和泥水加壓平衡式盾構(gòu)兩種。

根據(jù)國(guó)內(nèi)的施工經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)例，土壓平衡式盾構(gòu)與泥水加壓平衡式盾構(gòu)的適用范圍一般從以下幾個(gè)方面分析：

1）滲透系數(shù)：

當(dāng)滲透系數(shù)小于1.0×10-7m/s時(shí)，宜選用土壓平衡盾構(gòu);

當(dāng)滲透系數(shù)大于1.0×10-4m/s時(shí)，宜選用泥水加壓平衡盾構(gòu);

當(dāng)滲透系數(shù)大于1.0×10-7m/s，小于1.0×10-4m/s時(shí)，可選用土壓平衡盾構(gòu)或泥水盾構(gòu)。

2）地下水壓：

當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，宜選用泥水加壓平衡盾構(gòu);

當(dāng)水壓小于0.3MPa時(shí)，宜選用土壓平衡盾構(gòu)。

3）顆粒級(jí)配：

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)巖土中的粉粒、黏粒的總量小于40%時(shí)，通常采用泥水加壓平衡盾構(gòu)，相反采用土壓盾構(gòu)。

4）施工場(chǎng)地及環(huán)境影響

土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地一般為3000m2～5000m2，始發(fā)需求空間相對(duì)較小。對(duì)周邊環(huán)境影響較小。

泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工場(chǎng)地一般為8000m2～10000m2。施工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量泥漿，對(duì)周邊環(huán)境影響較大。

4加泥型土壓平衡盾構(gòu)的工作特點(diǎn)

經(jīng)技術(shù)分析比較，龍湖區(qū)域的地層多為細(xì)砂、中砂等砂層。區(qū)域內(nèi)水位高且滲透系數(shù)大，3-5中砂層為高透水層，滲透系數(shù)達(dá)1.7×10-4m/s。全斷面穿越滲透性高、水壓力大的砂層，易發(fā)生噴涌、盾尾漏水等問(wèn)題。采用泥水加壓平衡盾構(gòu)更易保證工程安全。

但龍湖段地質(zhì)又有自己的特點(diǎn)，3-4細(xì)砂與3-5中砂，其標(biāo)貫值分別為47、54，為密實(shí)性固結(jié)砂層，具有一定的自穩(wěn)能力，可通過(guò)加強(qiáng)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的洞內(nèi)控制，以保證掌子面的穩(wěn)定。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)通過(guò)添加高分子聚合物、膨潤(rùn)土等材料，實(shí)現(xiàn)砂土改良，提高土體的止水性、流動(dòng)性、可塑性;通過(guò)加強(qiáng)盾尾刷的檢修和盾尾油脂的注入，保證盾尾密封效果，防止盾尾冒漿、漏水。施工過(guò)程中，加強(qiáng)同步注漿、二次注漿，及時(shí)封閉管片與土體開(kāi)挖面的空隙，防止形成水路和產(chǎn)生地面沉降。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外土壓平衡盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)地層越來(lái)越廣，過(guò)江、河、湖泊的工程實(shí)例越來(lái)越多。土壓平衡盾構(gòu)與泥水加壓平衡盾構(gòu)相比，具有占用施工場(chǎng)地小，污染小，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，且工程造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)。

“加泥土壓平衡盾構(gòu)機(jī)”就是為滿足在復(fù)雜地層條件下可調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)模式而構(gòu)思的。它采用兩種出土系統(tǒng)進(jìn)行出土，使土倉(cāng)可按工程地質(zhì)條件的變化而改變出土模式：當(dāng)線路中存在部分高水壓、高滲透性地層時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的出土系統(tǒng)可由螺旋輸送機(jī)出渣改為由柱塞泵輸送開(kāi)挖下來(lái)的渣土，以避免螺旋輸送器的噴涌和開(kāi)挖面上方的坍方。這種“雙出土系統(tǒng)”可使加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適用復(fù)雜的地質(zhì)條件。

加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在施工過(guò)程中還可通過(guò)加強(qiáng)管片同步注漿與二次注漿防止后噴涌，通過(guò)注入碴土改良材料改善土倉(cāng)碴土性能，控制前噴涌。鑒于加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)，最終經(jīng)各地專家多方論證后認(rèn)為在4號(hào)線龍湖區(qū)域可以采用加泥型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

5結(jié)語(yǔ)

采用土壓平衡盾構(gòu)在富水砂層中掘進(jìn)時(shí)要滿足掌子面的水土壓力平衡，減少地面的沉降，最主要的措施是：根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件選擇合適的土倉(cāng)壓力參數(shù)并嚴(yán)格控制壓力波動(dòng)范圍，維持掌子面的穩(wěn)定性;嚴(yán)格控制出土量與掘進(jìn)量相匹配，禁止超量出土?！凹幽嗤翂浩胶舛軜?gòu)機(jī)”可在復(fù)雜地層條件下調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)模式，在鄭州4號(hào)線穿龍湖段區(qū)間富水砂層中可以使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鳳遠(yuǎn).盾構(gòu)選型和關(guān)鍵參數(shù)選擇討論[J].建筑機(jī)械化，2008（8）：40-43

[2]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]李昀;張子新.泥漿滲透對(duì)盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的影響研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2014（04）.

[4]周洪波佳.地鐵盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與應(yīng)對(duì)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006（03）.