（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

濟(jì)南地鐵R3號(hào)線盾構(gòu)施工處于泉脈發(fā)育地質(zhì)段，穿越中風(fēng)化石灰?guī)r層，存在巖石裂隙水、泉水溶洞通路涌水、圍巖變形破裂等風(fēng)險(xiǎn)，且周邊地表覆土層多為人工回填的素填土，自穩(wěn)性和密實(shí)性較差，屬于典型的上軟下硬石灰?guī)r地層。為確保盾構(gòu)安全快速施工，需控制盾構(gòu)平穩(wěn)推進(jìn)速度，最大限度的保護(hù)圍巖天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少變形產(chǎn)生土體裂縫造成圍巖強(qiáng)度的損失。

在上軟下硬石灰?guī)r地層大斷面盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，掘進(jìn)參數(shù)的控制對(duì)成型管片質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用。針對(duì)濟(jì)南地鐵R3號(hào)線上軟下硬石灰?guī)r地層盾構(gòu)施工，通過對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行過程控制，并采用新型的渣土改良技術(shù)，對(duì)渣土進(jìn)行改良，有效確保了泉脈發(fā)育地質(zhì)段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及地面建（構(gòu)）筑物的安全，提高了管片拼裝質(zhì)量和盾構(gòu)掘進(jìn)效率。

2 施工關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

2.1 土倉壓力值設(shè)定

上軟下硬石灰?guī)r地層開挖面上部土體自穩(wěn)性、密實(shí)度較差，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)瞬間崩解，強(qiáng)度急劇降低，下部為中風(fēng)化石灰?guī)r。在盾構(gòu)掘進(jìn)中，為防止刀盤前方地層損失，需要在開挖面建立一定的壓力來防止地下水大量涌入土艙，減少水土流失及防止出土器噴涌。結(jié)合工程實(shí)際，龍孟盾構(gòu)區(qū)間隧道覆土厚度為8.7～11.3m，綜合計(jì)算后，土倉壓力取80%土體豎向壓力，計(jì)算的理論土壓力在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)土倉壓力略高于理論值0.01MPa。盾構(gòu)出加固區(qū)土倉壓力設(shè)置為0.12MPa，正常掘進(jìn)及房屋段土倉壓力均按照0.13MPa設(shè)置，根據(jù)推進(jìn)實(shí)際情況，對(duì)土倉壓力有0.01MPa的實(shí)時(shí)調(diào)整，其中，土倉壓力值大小隨掘進(jìn)環(huán)號(hào)變化見圖1。

圖1 土倉壓力值變化統(tǒng)計(jì)圖

2.2 推力及扭矩設(shè)定

盾構(gòu)的推力指為保證盾構(gòu)推進(jìn)所需的千斤頂推力總和，刀盤扭矩是指為保證開挖面土體的切削和排出所需的刀盤扭矩。盾構(gòu)始發(fā)時(shí)為確保反力架及始發(fā)架穩(wěn)定，需嚴(yán)格控制推力。在濟(jì)南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間，刀盤在素樁加固體中掘進(jìn)以“磨”為主，洞門封堵完成前，推力控制在800t以下；正常掘進(jìn)后，掘進(jìn)斷面處于上軟下硬石灰?guī)r地層中，為保證成型管片姿態(tài)及質(zhì)量要求，推力值控制在1 300～1 500t，控制刀盤扭矩控制在1 500～3 500kNm，通過合理控制推力和刀盤扭矩有效確保了盾構(gòu)的順利運(yùn)行，盾構(gòu)推力及刀盤扭矩隨掘進(jìn)環(huán)號(hào)變化見圖2、圖3。

圖2 盾構(gòu)推力值變化統(tǒng)計(jì)圖

圖3 刀盤扭矩值統(tǒng)計(jì)圖

2.3 出土量

濟(jì)南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間隧道掘進(jìn)，每環(huán)理論 出 土 量 ＝ πR2L＝ 3.14×(6.68÷2)2×1.2＝42.03m3/環(huán)，土的松散系數(shù)取1.1，盾構(gòu)推進(jìn)出土量控制在98%～102%之間，即每環(huán)的實(shí)際出土量控制在45m3/環(huán)～47m3/環(huán)。為確保渣土的排出量與掘進(jìn)的開挖量相匹配，獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值，使掘進(jìn)機(jī)的工作處于最佳狀態(tài)，根據(jù)地表隆陷監(jiān)測結(jié)果和對(duì)應(yīng)的土倉壓力，總結(jié)出掘進(jìn)一環(huán)的合理出渣量選定為46m3/環(huán)，龍孟區(qū)間前100環(huán)出土量統(tǒng)計(jì)見圖4。

圖4 出土量變化值統(tǒng)計(jì)圖

2.4 同步注漿量

同步注漿是保證地面建筑、地下管線、盾尾密封及襯砌管片安全的重要一環(huán)，其目的主要體現(xiàn)在：①及時(shí)填充盾尾建筑空隙，支撐管片周圍土體，有效地控制地表沉降；②凝結(jié)的漿液將作為盾構(gòu)施工隧道的第一道防水屏障，增強(qiáng)隧道的防水能力；③為管片提供早期的穩(wěn)定并使管片與周圍土體一體化，有利于盾構(gòu)掘進(jìn)方向的控制，并能確保盾構(gòu)隧道的最終穩(wěn)定，在上軟下硬石灰?guī)r地層掘進(jìn)中，采用了漿液配合比（質(zhì)量比）為：消石灰∶水泥∶粉煤灰∶砂∶膨潤土∶水＝60∶50∶350∶850∶50∶350的配比，通過試驗(yàn)檢測，滿足要求。龍孟區(qū)間前100環(huán)同步注漿量統(tǒng)計(jì)見圖5。

圖5 同步注漿量變化統(tǒng)計(jì)圖

2.5 掘進(jìn)速度控制

在上軟下硬石灰?guī)r地層中，為保護(hù)盾構(gòu)機(jī)刀盤，減少刀具損耗，加固體內(nèi)掘進(jìn)以“磨”為主，盾構(gòu)推進(jìn)速度宜控制在10～15mm/min內(nèi)，以防止對(duì)加固體造成過度擾動(dòng)并保護(hù)刀具。盾構(gòu)正常推進(jìn)時(shí)，根據(jù)同步注漿速度、刀盤扭矩等參數(shù)控制掘進(jìn)速度，速度宜控制在3～4cm/min左右，在盾構(gòu)穿越建筑物，掘進(jìn)速度宜控制在2～3cm/min，濟(jì)南地鐵龍孟盾構(gòu)區(qū)間前100環(huán)掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)見圖6。

圖6 掘進(jìn)速度變化統(tǒng)計(jì)圖

2.6 二次注漿量

考慮到周邊環(huán)境保護(hù)和隧道穩(wěn)定因素，盾構(gòu)機(jī)穿越后通過管片中部的注漿孔進(jìn)行二次補(bǔ)注漿。在上軟下硬石灰?guī)r地層中，二次注漿采用水泥單液漿及水泥、水玻璃雙液漿配合使用，1∶1純水泥單液漿配比（1m3漿液）為水泥∶水＝756kg∶756kg；水泥、水玻璃雙液漿配比（1m3漿液）為水泥∶水∶水玻璃＝712kg∶712kg∶120kg。二次注漿的水泥漿注漿壓力一般為0.4～0.5MPa，漿液流量：10～15L/min，一般每5環(huán)注一次，每次注漿量約為2～4m3，形成有一定范圍的環(huán)箍，從而限制隧道的變形和沉降，龍孟盾構(gòu)區(qū)間不同注漿環(huán)號(hào)注漿量統(tǒng)計(jì)值見圖7。

圖7 二次注漿量變化統(tǒng)計(jì)圖

3 渣土改良施工

當(dāng)盾構(gòu)在上軟下硬石灰?guī)r地層中掘進(jìn)時(shí)，由于開挖面粘性土具有內(nèi)摩擦角小、粘性大和流動(dòng)困難等特點(diǎn)，使得粘性土體粘附在刀盤上，被刀盤從開挖面上切削下來的粘土，通過刀盤碴槽進(jìn)入壓力艙后，在土倉壓力下容易被壓實(shí)固結(jié)，最終導(dǎo)致刀盤和整個(gè)壓力艙內(nèi)形成堅(jiān)硬“泥餅”，為解決在上軟下硬石灰?guī)r地層中掘進(jìn)存在結(jié)泥餅的風(fēng)險(xiǎn)，采用發(fā)泡劑對(duì)碴土進(jìn)行改良，并通過刀盤上的泡沫孔或土艙壁上的球閥向開挖面、土艙內(nèi)注射水，提高碴土的流動(dòng)性，降低刀盤及土艙的溫度。同時(shí)在上軟下硬地層半敞開模式下盾構(gòu)施工，當(dāng)盾構(gòu)停機(jī)拼管片作業(yè)時(shí)，通過土倉向開挖面輸送膨潤土漿液，漿液在開挖面形成封閉泥膜，有效減少開挖面水土流失，保持土壓穩(wěn)定。

4 施工測量與監(jiān)測

4.1 施工測量

盾構(gòu)掘進(jìn)期間，精確的測量控制對(duì)指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)起重要作用，可減少盾構(gòu)糾偏，提高掘進(jìn)精度。施工測量滿足以下要求。

1）洞內(nèi)測量施測環(huán)境復(fù)雜，精度要求高，采用三維坐標(biāo)法進(jìn)行測量。洞內(nèi)測量包括盾構(gòu)姿態(tài)和襯砌環(huán)片的測量、成型環(huán)片的測量，測量頻次：正常掘進(jìn)狀態(tài)下，每10環(huán)進(jìn)行一次成型管片姿態(tài)測量；在盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)異常偏差時(shí)，需每天測量1次成型管片姿態(tài)。

2）盾構(gòu)隧道限界要求嚴(yán)格，凈空斷面尺寸測量采用解析法測量。

3）布設(shè)足夠的控制點(diǎn)，并精心做好標(biāo)記，加強(qiáng)對(duì)控制點(diǎn)的保護(hù)和檢查。為保證測量精度，配備先進(jìn)的測量儀器，使用先進(jìn)的測量技術(shù)。

4）負(fù)責(zé)保存好管段內(nèi)全部的三角網(wǎng)點(diǎn)、水準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)和自己布設(shè)的控制點(diǎn)，防止移動(dòng)和損壞，一旦發(fā)生損壞，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

5）全部的控制點(diǎn)三維坐標(biāo)經(jīng)檢查合格后，方可開展后序工作。

6）聯(lián)系測量包括導(dǎo)線定線測量、高程傳遞測量，需進(jìn)行4次，分別為：始發(fā)前、掘進(jìn)100m完成后和掘進(jìn)300m完成后，到達(dá)前100～200m。

4.2 施工監(jiān)測

盾構(gòu)掘進(jìn)前，詳細(xì)了解施工影響范圍內(nèi)的地面建、構(gòu)筑物、地下構(gòu)筑物、地下管線的情況及保護(hù)要求并按盾構(gòu)掘進(jìn)施工監(jiān)控量測項(xiàng)目（表1）要求進(jìn)行監(jiān)測。施工監(jiān)測時(shí)需加強(qiáng)巡視，把監(jiān)測信息及時(shí)反饋給掘進(jìn)班組，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

5 施工質(zhì)量保證措施

1）加強(qiáng)現(xiàn)場施工材料管理，嚴(yán)格執(zhí)行進(jìn)料檢驗(yàn)程序，保證施工材料滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，不合格材料不得進(jìn)場使用，確保工程質(zhì)量。

2）配料采用經(jīng)計(jì)量準(zhǔn)確的計(jì)量工具，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配比配料施工。

3）注漿嚴(yán)格按照程序施工，每段進(jìn)漿要準(zhǔn)確，注漿壓力一定要嚴(yán)格控制，專人操作。當(dāng)壓力突然上升或從孔壁、地面溢漿時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，每段注漿量應(yīng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)進(jìn)行，跑漿時(shí)，應(yīng)采取措施確保注漿量滿足設(shè)計(jì)要求。

4）每道工序均要按排專人，負(fù)責(zé)每道工序的操作記錄。

5）整個(gè)注漿施工應(yīng)密切注意和防止地面出水溢漿、隆起等情況，加強(qiáng)對(duì)施工地段的沉降觀測。

6）注漿前必須做好充分的注漿準(zhǔn)備，注漿一經(jīng)開始應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，力求避免中斷。

表1 盾構(gòu)掘進(jìn)施工監(jiān)控量測項(xiàng)目

6 結(jié) 語

針對(duì)上軟下硬富水石灰?guī)r地層，濟(jì)南地鐵R3號(hào)線在盾構(gòu)施工中通過嚴(yán)格控制斷面盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)并采用新型的渣土改良技術(shù)，解決了上軟下硬石灰?guī)r地層盾構(gòu)區(qū)間施工過程中容易出現(xiàn)地表沉降導(dǎo)致建筑物變形、開裂等問題，提高了上軟下硬地層盾構(gòu)掘進(jìn)的施工效率。通過此次盾構(gòu)施工，積累了寶貴施工參數(shù)，可為以后類似工程施工提供重要參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陸云涌．地鐵工程施工技術(shù)綜述[J]．山西建筑，2009，10(28)：219-130.