張旭

關(guān)鍵詞：徐州地區(qū);盾構(gòu)黏土層施工;盾構(gòu)上土下巖復(fù)合地層施工;掘進(jìn)參數(shù)

近年來，徐州地區(qū)跟隨地鐵建設(shè)的浪潮，大力進(jìn)行地鐵建設(shè)施工，目前徐州地區(qū)3條地鐵線路相繼進(jìn)行施工，尤其是盾構(gòu)隧道，占區(qū)間總數(shù)的70%，盾構(gòu)工法因其施工速度快、對周圍環(huán)境影響小、機(jī)械化程度高等優(yōu)勢地鐵隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。在總結(jié)本標(biāo)段兩條盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，為后期同樣地層及類似地層施工提供施工掘進(jìn)參數(shù)等施工經(jīng)驗，確保掘進(jìn)盾構(gòu)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計強(qiáng)度為C50，抗?jié)B等級為P10。

本標(biāo)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(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核，干強(qiáng)度高、韌性高）及上方為5-3-4黏土層，下部為10-5-3中風(fēng)化石灰?guī)r（巖石強(qiáng)度高達(dá)80MPa）的復(fù)合地層。掘進(jìn)施工中盾構(gòu)姿態(tài)較難控制，而且對刀盤刀具的損壞也是很嚴(yán)重的，必要時需要進(jìn)行帶壓開倉換刀作業(yè)。在5-3-4黏土層中掘進(jìn)刀盤易結(jié)泥餅，嚴(yán)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(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)

盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的確定是通過掘進(jìn)實踐驗證其合理性，由理論計算后再通過實踐進(jìn)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(jìn)參數(shù)。我們選擇了兩個典型斷面，作為土壓平衡模式掘進(jìn)參數(shù)的計算斷面。一是選取盾尾完全進(jìn)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(gòu)掘進(jìn)100環(huán)時刀盤所處位置，此時盾構(gòu)處于均一地層中。通過理論計算結(jié)合我項目部以往的盾構(gòu)施工經(jīng)驗，盾構(gòu)始發(fā)前我們擬定了如下表的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

根據(jù)上表掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)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(gòu)姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達(dá)到較高水平。

在約110m的上土下巖隧道掘進(jìn)過程中，積極控制掘進(jìn)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(gòu)掘進(jìn)。并加強(qiáng)施工監(jiān)測，加強(qiáng)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(jìn)行二次注漿充填間隙，避免繼續(xù)沉降。根據(jù)上表掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)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(gòu)姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達(dá)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(jié)泥餅;

（2）改良材料不易進(jìn)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(jī)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(jī)），在

前期掘進(jìn)的時候渣土改良環(huán)節(jié)中無法達(dá)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(yán)重浪費泡沫，增加成本，后調(diào)整渣土改良參數(shù)，左線掘進(jìn)出土基本順暢，從目前狀況來看，前100環(huán)盾構(gòu)掘進(jìn)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(gòu)調(diào)整姿態(tài)時，盾尾容易刮到管片，管片受壓，導(dǎo)致管片局部受力不均，容易造成管片破損;

（2）管線遷改進(jìn)度緩慢，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)長時間停機(jī)，發(fā)生整體沉降;

（3）上下油缸行程差過大，導(dǎo)致管片徑向受力產(chǎn)生分力較大，容易導(dǎo)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(jìn)過程中這些雜物也可能刮到管片，導(dǎo)致管片拼裝質(zhì)量較差，嚴(yán)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(gòu)施現(xiàn)場存在問題采取了以下措施：

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

（2）盾構(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)員，在盾構(gòu)掘進(jìn)和管片選型上要嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，要有超前意識，控制好各項技術(shù)指標(biāo)，對有問題的指標(biāo)要提前糾偏。

（3）盾構(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)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(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)員進(jìn)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(jìn)行一次檢查，在確認(rèn)管片質(zhì)量完好無缺和止水條粘結(jié)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(dāng)后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)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(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

5監(jiān)測分析

為研究盾構(gòu)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(gòu)掘進(jìn)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(gòu)施工引起的隧道上方地表位移沿盾構(gòu)前進(jìn)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(gòu)掘進(jìn)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(gòu)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(gòu)通過時的沉降，這是由于土體擾動和盾構(gòu)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(gòu)支撐后應(yīng)力釋放引起的;

5—土體次固結(jié)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(gòu)推進(jìn)過程中同一中線盾構(gòu)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(jìn)行擬合。

（2）地層沉降原因

伴隨盾構(gòu)推進(jìn)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(dǎo)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(gòu)推進(jìn)對周圍土體的擾動。盾構(gòu)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(gòu)施工必然產(chǎn)生盾尾空隙，這一空隙會引起地基的應(yīng)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(jié)論

在本標(biāo)段兩區(qū)間盾構(gòu)施工過程中總結(jié)出在黏土地層及上土下巖復(fù)合地層的掘進(jìn)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(gòu)隧道施工提供參考經(jīng)驗;

參? 考? 文 獻(xiàn)

[1] 西南交通大學(xué) 2008 《地鐵盾構(gòu)施工對臨近結(jié)構(gòu)物的影響預(yù)測與控制方法》.

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

[3] 《科技風(fēng)》2008年17期《盾構(gòu)過程中常見問題及其控制方法》

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

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