黃 歡

（廣州市城市建設工程監(jiān)理公司 廣東廣州 510060）

如何控制巖溶地區(qū)淺埋富砂層盾構(gòu)掘進地面沉降

黃 歡

（廣州市城市建設工程監(jiān)理公司 廣東廣州 510060）

地鐵隧道盾構(gòu)掘進施工過程中地面沉降要求極為嚴格，尤其在城市主干道、周邊建（構(gòu)）筑較多及人流密集，而且地質(zhì)情況復雜地區(qū)地面沉降而帶來的風險不可估量。為確保施工安全，防止地質(zhì)災害的發(fā)生，文章以廣州市軌道交通九號線施工4標【馬鞍山公園站～蓮塘村站】區(qū)間盾構(gòu)施工經(jīng)驗，針對巖溶發(fā)育加淺埋富水砂層地質(zhì)盾構(gòu)掘進過程中出現(xiàn)地面沉降工程風險的主要因素分析，闡述了盾構(gòu)掘進地面沉降的控制措施及對策，為后期盾構(gòu)施工提供技術準備。

盾構(gòu)掘進巖溶；淺埋富水砂層地面沉降；對策

廣州市軌道交通九號線施工 4標【馬鞍山公園站～蓮塘村站】區(qū)間隧道歷經(jīng)的地層種類多、巖性復雜。區(qū)間全長1205m，其中包括淺埋砂層區(qū)821m，占總長度的68%；巖溶發(fā)育區(qū)（且與淺埋砂層區(qū)重疊）518米，占淺埋砂層區(qū)長度的63 %；上軟下硬地層240m，占總長度的20%；全巖層144m，占總長度的12%。隧道埋深較淺，上覆砂層較厚，孔隙水豐富，洪積中粗砂層滲透系數(shù)為 50～80m/d，洪積礫砂層滲透系數(shù)為100～150m/d；溶洞較發(fā)育，見洞率高達47.20%，溶洞多為無充填的空洞，透水性強，地下水量豐富。隧道埋深為5.8～8.5m，沿線廣泛分布富水砂層，砂層面埋深較淺，砂層厚度大，孔隙水豐富，溶洞較發(fā)育，見洞率高，透水性強，易發(fā)生“冒頂”、地面塌陷等工程危險。

針對上述分析原因制定相關對策

1、土倉壓力及出土量控制：在盾構(gòu)掘進中，保持土倉壓力與作業(yè)面壓力(土壓、水壓之和)平衡是防止地表沉降、保證建筑物安全的一個很重要的因素，土倉壓力值應能與地層土壓力和靜水壓力相抗衡。土倉壓力值的調(diào)整根據(jù)掘進過程中地質(zhì)、埋深及地表沉降監(jiān)測信息，通過維持入土量與排土量的平衡來實現(xiàn)。

2、加強注漿控制：隨著盾構(gòu)的掘進，在盾殼外徑與管片外徑之間會產(chǎn)生建筑空隙。為填補盾尾建筑空隙及盾構(gòu)施工過程中的地層損失，有效控制地層變化，采用盾尾同步注漿和管片背后二次注漿的方式進行補充。

3、控制噴涌：由于本標區(qū)間地層砂層厚，透水性強，上軟下硬，因此在掘進過程中極易發(fā)生噴涌現(xiàn)象。噴涌的發(fā)生后必然導致更多的排水，從而導致超挖現(xiàn)象，地面沉降和塌方等事故。通過對螺旋機的改進，更有效地減少了噴涌發(fā)生。

掘進過程中具體對策的實施

一、土倉壓力及出土量控制

因為地層自穩(wěn)性較差、軟弱或變形系數(shù)較大、容易失水，土倉壓力要比采用朗金理論計算的理論計算壓力略高0.01～0.03Mpa，這樣既可解決不利因素造成的影響，減小土影響范圍內(nèi)地表沉降值，又不會因壓力過高造成地面隆起。嚴格控制掘進速度，均勻掘進，維持土倉壓力相對穩(wěn)定。通過儀表顯示，土倉壓力控制在0.09～0.11Mpa較好。

（1）出土量控制：每環(huán)掘進長度為1600mm，利用5個渣土車裝完，則進尺320mm，應該出滿一車土，對比進尺的長度和渣土車內(nèi)的土量進行出土量的控制，嚴禁多出土。每環(huán)的出土量確定為47～53m3，最大不超過57m3。同時，密切關注出碴碴土的物理性能，做好理論渣土量與實際渣土量的比較，不同的地層考慮相應的松散系數(shù)來控制碴土量，保證出渣量與掘進速度一致，避免冒頂。

（2）掘進速度控制：不同的地質(zhì)條件，推進速度亦有所不同。如果掘進速度過快，螺旋輸送機運輸速度達到極限，密封倉內(nèi)切削的土體不能及時排出，出土量不穩(wěn)定，會造成土倉壓力設定失控。所以要根據(jù)螺旋輸送機的輸送轉(zhuǎn)速(相應極限值)控制最大掘進速度。正常掘進過程中，盾構(gòu)掘進速度可控制在 5-50mm/min之間；當盾構(gòu)糾偏時，應取較小速度。

二、加強注漿控制

1、同步注漿

通過多次試驗，同步注漿材料選用砂漿進行填充，砂漿采用水泥、粉煤灰、膨潤土、細砂、水等材料，必要時，調(diào)整砂漿的配合比，增加水泥用量，縮短初凝時間，同時，加入微膨脹劑和速凝劑，盡量減少漿液凝固后收縮，加快管片周圍土體的固結(jié)；針對本區(qū)間的地質(zhì)特點，砂漿的初凝時間控制在4～6h，注漿時堅持“不注漿，不掘進”的原則，確保注漿的及時性。經(jīng)過實驗，按水（470公斤）：水泥（180公斤）：粉煤灰（320公斤）：膨潤土（100公斤）：細砂（300公斤）配置的漿液具有泵送性好、不離析、壓注后收縮小、凝結(jié)強度大于土體強度等特性。

在巖溶發(fā)育加淺埋富水砂層盾構(gòu)施工過程中，同步注漿采用注漿壓力和注漿量雙重控制標準。同步注漿壓力過大，管片周圍土層會因注漿擾動而造成后期地層沉降，并易造成跑漿，對剛拼裝完成的管片影響也大；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢、填充不充足，會使地層變形增大。根據(jù)本區(qū)間相應部位土壓力、水壓力以及襯砌強度的綜合考慮確定注漿壓力為0.1～0.3Mpa。

同步注漿量根據(jù)地質(zhì)及線路情況，每環(huán)注漿量為管片后空隙的 1.4～1.5倍。并通過地面變形觀測來調(diào)整。本項目采用1.5m管片，理論注漿量約為4.6方，實際每環(huán)的注漿量為6.5～7.0 m3，才能保證注漿質(zhì)量。

2、二次注漿

針對巖溶發(fā)育，裂隙水大，砂層透水性大等特點，增加獨立的注漿系統(tǒng)，優(yōu)點為可隨盾構(gòu)機的掘進隨時補漿，與盾構(gòu)掘進互不影響。保證巖溶地區(qū)成型隧道的安全，除封頂塊外每塊管片設計3個注漿孔（含1個吊裝孔），以保證每環(huán)管片的隧道底部5點、6點、7點鐘位置均有3個注漿孔（外緣注漿孔夾角72°），可根據(jù)監(jiān)測情況在掘進的同時及時補充注漿（根據(jù)情況可選擇單液漿和雙液漿），從而既能保證同步注漿又能保證二次補漿，有效止水和加固土體，降低了巖溶及富水砂層對成型隧道的風險。

為了縮短二次注漿材料的凝結(jié)時間，采用雙液漿（加入水玻璃）。漿液配比：水：水泥：水玻璃=500公斤：250公斤：100公斤。根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整水泥漿的初凝時間，注漿壓力達到0.3Mpa時，停止注漿；一般每環(huán)平均用量0.8～1.0方，以免造成管片外周壓力過大，對管片造成破壞。

三、控制噴涌

由于富水砂層含水量豐富，滲透性好，且受擾動后易液化，因此土壓平衡盾構(gòu)在富水砂層中掘進很容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，造成地表沉降。

為了更好地控制噴涌、減小排水，針對這三個條件將螺旋機進行了改造。參照“連通器”的原理，將出土螺旋機設計為兩級，出土口位置提高來降低出土口處渣土（含水）的壓力。兩級螺旋機利用球鉸軸承相連，設計一道閘門，緩解出渣的流量和壓力。

（1）渣土較干時，打開兩級螺旋機連接處的閘門，通過螺旋機上安裝的泡沫劑管路，添加泡沫劑改良渣土，一級螺旋機與二級螺旋機的速度比設為 1:2，同時正轉(zhuǎn)將渣土排出。

（2）渣土流塑性較好時，打開兩級螺旋機連接處的卸料閘門，一級螺旋機與二級螺旋機的速度比設為1:2，同時正轉(zhuǎn)將渣土排出。

（3）渣土含水量大、無塑性時，打開兩級螺旋機連接處的卸料閘門，一級螺旋機關閉，二級螺旋機正轉(zhuǎn)將渣土排出。（4）渣土接近呈流體時，減小兩級螺旋機連接處的卸料閘門的開度，減緩渣土的壓力。一級螺旋機逆時針運轉(zhuǎn)，二級螺旋機關閉或低速運轉(zhuǎn)將渣土排出。

四、結(jié)語

效果檢查，通過制定的措施應用于施工過程中，本盾構(gòu)區(qū)間地面沉降監(jiān)測未再達到預警值，且沉降在（+8mm～-24mm）范圍內(nèi)的監(jiān)測孔占總監(jiān)測孔數(shù)的98%，成功達到了預期的效果。

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1007-6344（2016）10-0210-01

黃歡，1980年生人，男，大學?？茖W歷，廣東茂名人，注冊監(jiān)理工程師，從事工程監(jiān)理工作12年。