王華志 高平 徐國(guó)梁

中交一公局第三工程有限公司 北京 101102

1 工程概況

本工程名稱為成都軌道交通30號(hào)線一期工程二工區(qū)（1分部），位于四川省成都市雙流區(qū)和高新區(qū)。主要施工內(nèi)容為“三站三區(qū)間”，其中“三站”為大同站（原順風(fēng)村站）、石羊站、新園大道站（原慶云村站），“三區(qū)間”分別為大同站～石羊站盾構(gòu)區(qū)間、石羊站～新園大道站盾構(gòu)區(qū)間、新園大道站～市一醫(yī)院站盾構(gòu)區(qū)間。大同站～石羊站盾構(gòu)區(qū)間隧道全程均采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間隧道隧頂最大埋深約30.938m,最小埋深約12.212m,洞身主要位于中風(fēng)化泥巖地層，近大同站（順風(fēng)村站）局部地段位于泥巖與卵石土復(fù)合地層[1]。

2 泥巖地質(zhì)盾構(gòu)施工技術(shù)特點(diǎn)

2.1 土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)

在泥巖地層中推進(jìn)的盾構(gòu)主要問題有：（1）盾構(gòu)在進(jìn)入泥巖后，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和刀盤扭矩大幅下降，刀盤的磨損量急劇增大，嚴(yán)重時(shí)刀盤已無(wú)法正常工作；（2）在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，由于泥巖的強(qiáng)度低、易變形且具有可塑態(tài)，容易發(fā)生刀具結(jié)泥餅現(xiàn)象，導(dǎo)致掘進(jìn)速度下降；（3）在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，泥巖中的水和空氣會(huì)產(chǎn)生膨脹作用，形成土倉(cāng)內(nèi)的泥漿和泡沫混合物，容易發(fā)生噴涌現(xiàn)象。

針對(duì)上述問題采取的措施有：（1）增加盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度和刀盤扭矩，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)頭的改造使其具有較高的刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩和較高的土倉(cāng)壓力；（2）在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中通過(guò)控制泥水倉(cāng)內(nèi)壓力及土倉(cāng)壓力來(lái)控制地表沉降。

2.2 泥水處理

泥巖中粘土含量高，在掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的泥水，由于泥水中含有一定的粘土成分，在進(jìn)入土倉(cāng)前需要進(jìn)行除砂處理，才能進(jìn)入土倉(cāng)內(nèi)。盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，泥水處理系統(tǒng)主要通過(guò)以下幾種方式：

（1）離心機(jī)：離心機(jī)是一種用于分離泥水的設(shè)備，其核心部件是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器將動(dòng)力傳送至轉(zhuǎn)筒；轉(zhuǎn)筒內(nèi)有一定直徑的圓柱形轉(zhuǎn)子，在離心力的作用下可以將泥水從泥漿中分離出來(lái)。

（2）沉淀池：沉淀池是在離心機(jī)上建造的一個(gè)相對(duì)封閉的容器，它可將泥漿中的部分固體物質(zhì)沉淀下來(lái)。沉淀池可分為單層和雙層兩種類型，單層一般用于泥水混合物的分離。

（3）吸泥機(jī)：吸泥機(jī)是一種將隧道施工過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行回收的設(shè)備，當(dāng)泥漿進(jìn)入吸泥機(jī)時(shí)，吸泥機(jī)通過(guò)壓縮空氣的作用，將泥漿中的固體物質(zhì)和液體部分進(jìn)行分離。

（4）泥漿泵：泥漿泵是一種將泥漿泵到泥水分離系統(tǒng)中的設(shè)備，它由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪產(chǎn)生離心力，將泥漿中的固體顆粒甩向四周；同時(shí)在離心力的作用下，被甩向四周的泥漿流至泥水分離系統(tǒng)中進(jìn)行沉淀處理。

2.3 同步注漿

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)，需在掘進(jìn)過(guò)程中始終保持同步注漿，其目的是注漿壓力的均勻穩(wěn)定和防止地面沉降。同步注漿對(duì)隧道的滲漏、管片的變形、地層的穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。因此，同步注漿在盾構(gòu)施工中顯得尤為重要。

泥巖地層在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，由于地下水滲透和泥水壓力等因素，會(huì)導(dǎo)致地層不均勻沉降。泥巖地層最常見的滲漏形式為管片接頭處滲漏，主要原因是土倉(cāng)壓力過(guò)低導(dǎo)致漿液通過(guò)管片接縫流出導(dǎo)致的；管片接縫滲漏主要原因是施工過(guò)程中漿液壓力不均勻引起的；隧道內(nèi)地面沉降是由于盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地面建筑物、管線及地面交通等發(fā)生不均勻沉降引起的[2]。

3 泥巖地質(zhì)盾構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 泥巖地層盾構(gòu)掘進(jìn)主要參數(shù)

盾構(gòu)施工的關(guān)鍵是掘進(jìn)參數(shù)的合理選擇。通過(guò)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)。在實(shí)際掘進(jìn)施工中，按推力、推進(jìn)速度和出土量的相互關(guān)系，合理控制推進(jìn)速度，保證土壓倉(cāng)壓力和開挖面水土壓力平衡，以及盾構(gòu)機(jī)的各項(xiàng)工作狀態(tài)參數(shù)等動(dòng)態(tài)地調(diào)整優(yōu)化。土倉(cāng)壓力通過(guò)采取設(shè)定掘進(jìn)速度與調(diào)整排土量、設(shè)定排土量與調(diào)整掘進(jìn)速度兩種方法建立，并應(yīng)維持切削土量與排土量的平衡，以使土倉(cāng)內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度主要通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)力、轉(zhuǎn)速（扭矩）來(lái)控制，排土量則主要通過(guò)調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。風(fēng)險(xiǎn)源下穿段掘進(jìn)時(shí)，盡量減小盾構(gòu)機(jī)的糾偏，嚴(yán)禁姿態(tài)猛調(diào)，造成土體超挖。

表1 穿越風(fēng)險(xiǎn)源參數(shù)控制范圍表

3.1.1 掘進(jìn)速度控制

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤里程抵達(dá)各風(fēng)險(xiǎn)源10m時(shí)，逐步減小盾構(gòu)機(jī)推力，適當(dāng)降低掘進(jìn)速度，掘進(jìn)速度控制在40-60mm/min，盡量保持速度均勻。

3.1.2 合理設(shè)置土壓力

在盾構(gòu)推進(jìn)的過(guò)程中，總結(jié)參數(shù)、穿越段埋深、地下水情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、出土情況等及時(shí)調(diào)整土壓力值，科學(xué)合理的設(shè)置土壓力值及相宜的推進(jìn)速度等參數(shù)。

3.1.3 推力、扭矩控制

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，控制推進(jìn)油缸總推力在1000～1800t，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0-1.2r/min，通過(guò)適當(dāng)?shù)臏p小推力及刀盤轉(zhuǎn)速，減小對(duì)地層的擾動(dòng)。

3.1.4 渣土改良控制

適當(dāng)調(diào)整加入的泡沫劑參數(shù)，改良渣土特性，保持渣土的良好流動(dòng)性和一定的內(nèi)聚力。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，一般下穿含水豐富地層時(shí)，泡沫性狀應(yīng)調(diào)干燥，以有效阻水。穿越科華南路市政下穿隧道期間泡沫濃度設(shè)置為2%～3%，發(fā)泡率設(shè)置為8～10，空氣注入率控制在80L/min左右。掘進(jìn)時(shí)刀盤扭矩控制在2000～4000KN.m。

3.2 盾構(gòu)穿越風(fēng)險(xiǎn)源施工技術(shù)

3.2.1 穿越專項(xiàng)設(shè)計(jì)

（1）盾構(gòu)通過(guò)前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行檢査、維修、盡量不停機(jī)通過(guò)。

（2）嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、利用中盾注漿孔完成中盾注漿、中盾注漿段落起止里程為ZDK18+222.000+337.00（YDK18+219.000～341.000）。

（3）盾構(gòu)通過(guò)后及時(shí)同步注漿、并注意控制同步注漿的量與壓力。必要時(shí)重復(fù)二次注漿、保證管片壁后間隙填充炮滿。

（4）盾構(gòu)施工過(guò)程中、進(jìn)行系統(tǒng)、全面的監(jiān)控測(cè)量、實(shí)行信息化施工。

（5）根據(jù)掘進(jìn)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)情況、及時(shí)完成跟蹤注漿。

（6）應(yīng)及時(shí)進(jìn)行洞內(nèi)注漿、洞內(nèi)注漿段落起止里程為ZDK18+222.000+337.000（YDK18+219.000～341.000）。

3.2.2 中盾注漿方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，盾構(gòu)機(jī)在ZDK18+222.000+337.00（YDK18+219.000～341.000）里程處進(jìn)行中盾注漿。盾構(gòu)區(qū)間在穿越風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過(guò)后對(duì)地層的擾動(dòng)較大，為密實(shí)盾構(gòu)施工區(qū)域刀盤前上方土體，盡可能減小土體透水性，使其形成半圓形密閉殼體，大大提高盾構(gòu)刀盤前上方土體整體穩(wěn)定性、穿越風(fēng)險(xiǎn)源過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及避免地層應(yīng)力損失造成地面沉降，利用盾構(gòu)機(jī)同步注漿管路通過(guò)盾體（中盾）位置超前注漿孔進(jìn)行同步注入塑性或惰性漿液，及時(shí)補(bǔ)充地層損失，以此減少對(duì)周邊土體擾動(dòng)，及時(shí)、有效填充盾構(gòu)施工的建筑孔隙[3]。

3.2.3 洞內(nèi)徑向注漿施工

（1）施工方法

在盾構(gòu)穿越風(fēng)險(xiǎn)源區(qū)域按照設(shè)計(jì)要求拼裝多孔管片，填充注漿利用增設(shè)注漿孔對(duì)設(shè)計(jì)要求的隧道徑向深度3m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固；注漿設(shè)備采用3臺(tái)KBY90/15-22常規(guī)二次注漿泵。

（2）徑向注漿施工操作平臺(tái)設(shè)置

在盾構(gòu)機(jī)拼裝機(jī)與連接橋連接位置，工搭設(shè)2m寬鉆孔施工平臺(tái)，在管片通過(guò)該位置時(shí)候進(jìn)行洞內(nèi)徑向注漿。

（3）鋼花管的制作

鋼花管采用Ф42*2.5mm鋼管加工而成，單根長(zhǎng)度1m，分三節(jié)打入，管節(jié)之間采用絲扣連接。管壁設(shè)置梅花形出漿孔，間距150mm，直徑5mm，考慮管片結(jié)構(gòu)厚度300mm以及同步注漿厚度，注漿管前端采取砸扁貼合、磨尖處理。

圖1 鋼花管制作示意圖

（4）注漿壓力控制

考慮管片強(qiáng)度為C50，為避免注漿壓力過(guò)大造成管片破損、開裂現(xiàn)象，注漿壓力不大于0.3MPa。

（5）鉆孔

開孔時(shí)按照輕加壓、速度慢、給水要多的操作要點(diǎn)施工。鉆孔時(shí)，嚴(yán)格做好鉆孔記錄：孔號(hào)、進(jìn)尺、起止時(shí)間。施鉆過(guò)程中，單孔出水量小于0.5L/s，繼續(xù)施鉆；單孔出水量大于0.5L/s，立即停鉆進(jìn)行注漿。

注漿過(guò)程中需對(duì)地表及建筑物抬升情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整注漿壓力，防止注漿壓力過(guò)大導(dǎo)致地表隆起對(duì)建筑物造成損害。注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況、監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整。

（6）注漿停止標(biāo)準(zhǔn)

注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，且注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)流量的80%以上，可結(jié)束單孔注漿；

注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，但注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5倍，且無(wú)漏漿現(xiàn)象，可結(jié)束單孔注漿。

（7）封孔

封孔之前先試打開球閥，如漿液已經(jīng)凝固且無(wú)滲漏水現(xiàn)象，則拆除球閥，割除露在管片外面的鋼花管，擰緊孔蓋.

3.2.4 注漿過(guò)程中異常情況處理

（1）溢漿

注漿過(guò)程中要認(rèn)真觀察螺旋機(jī)出土情況，由于地層密實(shí)度不均勻，存在間隙，漿液可能竄到掌子面，此時(shí)需采取間歇式注漿，以保證漿液有效的注入樁基周圍。

（2）注漿壓力變化

注漿過(guò)程中，壓力要在控制范圍之中，過(guò)大或過(guò)小的注漿壓力都不能滿足施工需要，如果壓力過(guò)低應(yīng)該檢查是否有漏漿之處，壓力過(guò)高檢查是否管路或混合器被堵塞。施工時(shí)需要觀察好注漿終壓不能高于規(guī)定的注漿壓力值。

（3）膠凝時(shí)間變化

膠凝時(shí)間需要根據(jù)被加固土體的性質(zhì)來(lái)調(diào)整。地層含水量大時(shí)，漿液容易被地下水稀釋，影響固結(jié)效果，需要縮短膠凝時(shí)間；含水量少，為了擴(kuò)散一定范圍，需要延長(zhǎng)膠凝時(shí)間。膠凝時(shí)間由雙液漿的混合比例來(lái)控制，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整[4]。

3.3 泥巖地層盾構(gòu)掘進(jìn)監(jiān)控量測(cè)

3.3.1 地表沉降

管片結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、凈空收斂測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量布置在同一斷面上，縱向間距30m，并盡量與地表沉降大斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。特殊地段的位置監(jiān)測(cè)斷面加密10m。如：在盾構(gòu)始發(fā)與接收段、聯(lián)絡(luò)通道附近、左右線交疊或鄰近段、小半徑曲線段等區(qū)段應(yīng)加設(shè)監(jiān)測(cè)斷面；存在地層偏壓力、圍巖軟硬不均、地下水位較高等地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)段應(yīng)加設(shè)監(jiān)測(cè)斷面；下穿或鄰近重要建（構(gòu)）筑物、地下管線、河流湖泊等周邊環(huán)境條件復(fù)雜區(qū)段應(yīng)加設(shè)監(jiān)測(cè)斷面。

3.3.2 管片變形

（1）管片破損、開裂、錯(cuò)臺(tái)情況。當(dāng)盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，由于盾構(gòu)機(jī)自身的缺陷或人為原因造成管片破損、開裂、錯(cuò)臺(tái)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管片在隧道內(nèi)產(chǎn)生滑動(dòng)，導(dǎo)致隧道變形。

在施工過(guò)程中，主要有以下幾種原因引起管片破損：第一，盾構(gòu)機(jī)自身的缺陷。如管片拼裝時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)臺(tái)或破損，或盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中由于刀盤、刀具等原因造成管片嚴(yán)重的損傷；第二，隧道內(nèi)水壓過(guò)高。泥巖地層中由于本身的水壓較高，導(dǎo)致盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏情況，導(dǎo)致管片受到擠壓；第三，隧道內(nèi)施工環(huán)境復(fù)雜。如在隧道內(nèi)施工過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生大量泥漿及水泥漿，由于泥漿的滲透作用和水泥漿的凝固作用，導(dǎo)致管片與土體之間存在縫隙。

（2）管片滲漏水情況。在泥巖地層中，由于管片之間存在一定的空隙，如果在掘進(jìn)過(guò)程中，管片發(fā)生破損，且在盾構(gòu)機(jī)刀盤和千斤頂?shù)耐屏ψ饔孟?，管片產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，會(huì)導(dǎo)致隧道滲漏水。對(duì)此，需采取以下措施：第一，控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，根據(jù)泥巖地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度；第二，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意管片的拼裝質(zhì)量，尤其是在隧道內(nèi)注漿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量；第三，如發(fā)現(xiàn)管片有滲漏水情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿處理[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在泥巖地層中盾構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到盾構(gòu)施工存在的問題，并從盾構(gòu)選型、掘進(jìn)參數(shù)、泥巖加固處理及施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行分析，以保證盾構(gòu)在泥巖地層中順利掘進(jìn)。文章結(jié)合成都軌道交通30號(hào)線一期工程土建二工區(qū)（1分部）泥巖地質(zhì)盾構(gòu)施工實(shí)例，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和分析，主要包括盾構(gòu)選型、掘進(jìn)參數(shù)、泥巖加固處理及施工質(zhì)量控制等方面內(nèi)容，旨在為類似地質(zhì)條件下盾構(gòu)施工提供一定的借鑒和參考。