刘利军 韩喜威
呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010000
摘要：随着城市化进程的不断加快，为了进一步缓解城市交通压力，我国建设了大量的城市地下交通。建设地下交通的过程中，隧道掘进则会使用盾构机，掘进施工质量的优劣则取决于设置的掘进参数。本文以某轨道工程为例，从“地面沉降控制”、“盾构姿态控制”两个方面分析了轨道交通盾构过砂层掘进参数控制方法，以供同行参考。
关键词：轨道工程；盾构；过砂层；掘进参数控制
1.影响盾构机掘进的因素
通过分析该项目施工现场的周围环境以及地质条件发现，该项目施工适合使用盾构机进行土压平衡式施工，这种施工方式不仅可满足混合地层、软弱地层以及含水软岩的掘进要求，同时也可有效控制地面沉降问题。项目施工前期，项目负责人组织技术人员及盾构操作人员，就“地面沉降控制”以及“盾构姿态控制”召开了专题会议。会议中大家一致认为，设置的掘进参数是否合理是影响盾构机掘进的主要因素，所以，为确保掘进施工的顺利进行，就需科学控制掘进模式、土仓压力、出土量、刀盘的转速等。
2.采用土压平衡微扰动掘进模式
根据该轨道工程前阶段砂层及过砂层的掘进情况，结合国内类似项目的盾构施工经验，掘进砂层等软弱地层时，需选用土压平衡式掘进模式，在此过程中，需借助土仓内的泥土抵挡工作面的水压及土压，同时，还需使用螺旋式输送排土机排出与盾构掘进量相应的排土量，以确保排土量能够始终与开挖量保持平衡，确保正面土层的稳定性，以防地下水土流失过大而加剧地面沉降问题。使用盾构机掘进时，应尽可能的不要扰动原始地层或者改变地层原始结构，这样方可最大限度的避免沉降问题。采用土压平衡微扰动掘进模式掘进时，需将土仓压力的波动幅度控制在20kPa以内，需将掘进速度控制在20～30mm左右。结合近期在过砂层掘进的施工经验，当隧道的埋深达到16.0时，土仓压力需设定180～190kPa为宜，土压值的设定需根据隧道的埋深情况适时调整，埋深不同，土压值也会不同。不论盾构处于掘进状态还是停机状态，都可有效保证土仓压力及掌子面之间的平衡，可有效防止土压大起大落而扰动掘进地层的问题，同时也可有效控制地面沉降问题。
3.轨道交通盾构过砂层掘进参数控制
3.1使用高分子材料结合泡沫剂的方式改良渣土
渣土改良的目的是为了提升渣土的和易性以及掘进速度，解决渣土出仓过程中粘结刀具、刀盘的问题，同时也可最大限度的减小掘进扰动隧道拱顶上方砂层的问题。由于施工现场的地层属于上软下硬型地层，所以，掘进过程中，既要防止喷涌问题，又要防止上部砂层塌陷、刀盘结泥饼问题，科学控制高分子材料、泡沫剂、空气及水的注入量是提升渣土改良效果的关键因素。将高分子材料注入刀盘的正面，则可借助高分子材料的润滑作用降低掘进过程中粘土层的粘结性、提升其流动性，避免结泥饼问题。若掘进地层既有粘土又有砂层，高分子材料就需充分发挥自身的吸水性，提升渣土的和易性，以发挥增塑、保压、避免喷涌的作用，以确保渣土的正常排出。掘进过程中，若出现喷涌问题，则可适量减少水、高分子材料及泡沫剂、空气的注入量，以防注入量过大，而增加喷涌量或者出现上部地层被击穿的问题。
3.2合理控制土仓压力及出土量
在以往的工作中发现，合理控制土仓压力则可有效确保掌子面的稳定性，预防砂层扰动问题，提升掘进速度，而施工区域绝大多数地段的洞身及洞顶都为细砂、中砂地层。当改良渣土的性能能够达到工程施工要求后，还需确保土仓内的压力稍大于显示点水柱的压力，通过计算地下水位发现，当地下水位高度在1.5～2.0m、隧道埋深达到16.0m时，需将土仓的左右压力控制在180～190kPa之间，这样方可有效保证掌子面的稳定性。重点需注意的是：在砂层段掘进时，若要关闭盾构，则必须确保出仓压力处于稳定状态，掘进环节的末端0.1～0.2m处，不宜继续注入空气，同时还应尽可能的减少此处的出土量，以确保土仓压力的真实性，以防盾构机停机过程中刀盘土仓压力波动幅度过大而降低掌子面的稳定性。
3.3降低刀盘转速
刀盘的转动速度不仅会影响掘进过程中盾构对地层的扰动程度，同时也会影响掘进速度。根据以往的施工经验，对于上软下硬这种含砂地层而言，当刀盘的转速高于1.8r/min时，扭矩相对较小，掘进速度较快，则会导致地层出现较大扰动问题；当刀盘的转速为1.5r/min时，掘进速度较为平稳、扭矩较小，但依然会产生较大扰动；当刀盘转速达到1.0r/min时，则会加大扭矩、减缓掘进速度，且无法保证渣土改良效果，但却可有效降低扰动问题，所以，在砂层段施工时，就应尽可能的减缓刀盘转速，宜将其转速控制在1.5r/min以下，在确保掘进速度的基础上，还应尽可能的消减刀盘对上部砂层的扰动，无论刀盘的转速为多少，都必须将刀盘的扭矩、掘进速度与渣土改良需注入的材料有机结合于一起，以确保掘进施工质量。
3.4及时同步足量注浆
科学控制注浆量则可有效缓解盾构通过砂层时导致的后期沉降问题，同步注浆起着可及时填充盾壳与管片之间的环形缝隙、缩减地层沉降问题、稳定隧道管片上部土体的作用。在砂层中同步注浆要求注浆必须及时、足量且保证注浆压力始终处于稳定状态，既要防止压力过大而导致的砂层被击穿问题，又要防止注浆量过小而引发的地面大面积沉降，而出现涌砂、涌水事故。为确保注浆量的充足与注浆效果，通常情况下，需将注浆压力控制在0.2～0.35 MPa且每环的注浆量不宜小于6.0m3。对于已出现喷涌、沉降问题的地段，则应适当提升注浆压力，但最高不宜超过0.5MPa。加之该施工区域砂层的渗透系数较高，注浆过程中，浆液易出现流失问题，所以，必须调整同步注浆砂浆中各种材料及添加剂的比例，缩减浆液胶凝时间，同时还需使用双液注浆，这样方可有效控制管片及地面的稳定性，必要时，还需进行二次注浆。
3.5预防“结泥饼”问题的策略
盾构过砂层时，通常则会选用土压平衡的掘进模式。结合国内其他类似地层的施工经验，掘进过程中，必须保证设定的土压值稍大于计算土压取值，但这样则会大幅降低掘进速度，若不能有效保证渣土的改良效果或者注入孔的堵塞状况，刀盘可能就会出现“结泥饼”问题，这样则会降低盾构的掘进速度。
为有效预防“结泥饼”问题，掘进过程中，则可在刀盘的前面加入适量的水或者一定比例的泡沫剂，以有效改良渣土的粘性。所以，掘进至此砂层段时，通常则会在刀盘的前面加入适量的高分子材料及一定比例的泡沫剂，这样方可有效预防“结泥饼”问题。具体怎样使用上述两种材料，则需根据施工现场的实际情况确定。在砂性粘土层中掘进时，在刀盘前面添加3‰～5‰浓度的TAC,不仅可降低土壤的粘性，同时也可有效提升土壤的和易性、增强其流动性。
3.6预防“喷涌”问题的策略
盾构在砂层地质中掘进时，时常还会遇到“喷涌”问题，当喷涌问题较为严重时，甚至还会导致坍塌事故。所以，为有效避免“喷涌”问题，就需采取以下策略：（1）必须确保渣土改良所使用的添加剂的配比合理，当前改良渣土多使用的是高分子材料与泡沫剂相结合的方式，这样方可有效抑制泡沫改良导致的“假土压”效应问题；（2）填充管片与围岩之间的缝隙时，则可选用双液注浆法，这样方可有效堵截盾尾来水，预防“喷涌”问题；（3）可在螺旋机前端增设一条注入管路，在增设的管路中注入原液高分子材料，当高分子材料大量吸收渣土内的水分后，渣土的形态则会由液态转变为塑性渣土，产生堵塞效果，这样不仅可有效预防“喷涌”问题，还可大幅提升掘进速度。
结束语
为确保盾构机掘进过程中始终能够处于平衡状态，则需有效控制盾构机的掘进速度以及盾构掘进姿态、确保渣土改良效果、降低刀盘的转速、合理控制土仓压力及出土量、及时同步足量注浆，这样方可有效避免沉降、喷涌问题，预防刀盘“结泥饼”问题。
参考文献：
[1]孙德林.轨道交通盾构过砂层掘进参数控制[J].路桥工程,2018(5):320.