杨凯
凯盛重工有限公司 安徽 淮南 232052
摘要：本文结合某盾构施工工程，项目线路多穿越软硬不均复合地层，其中部分线路采用浅埋暗挖法开挖，以现场监控的方式掌握暗挖区间隧道地表沉降情况。实践表明，标段区间盾构施工质量达标，复合式土压平衡盾构具有可行性。本文以复合地层土压平衡盾构施工技术为课题进行探讨分析，并结合案例提出可实施的技术管理措施，以供参考。
关键词：富水复合地层；土压平衡盾构；盾构施工
1工程概况
某地铁3号线工程为该地区骨干线路，全线采用盾构法掘进施工，因线路多穿过软硬不均的复合地层，部分路段仍采用浅埋暗挖法开挖。3号线所经地区工程与水文地质条件非常复杂，所经区域地下水丰富，暗挖区间中有多个处于建筑物密集区，隧道下穿及特殊构筑物等为常态。残基层与风化岩结构松散，施工中易发生坍塌等现象。3号线暗挖区间隧道断面形式主要为马蹄形，主要包括单洞单线与单双洞双线等不同结构形式，隧道埋深分布较均匀，平均埋深为15.5m。沿隧道纵向每间隔30m选取一组测点，地层与环境条件复杂地段，采用较小的取点间距，监测点尽量反映在地铁隧道施工全过程引起的累积沉降值。区域隧道穿越地层以沙土、黏土居多，拱顶分布大范围的粉土夹砂层，伴有明显的地下水扰动，导致砂层稳定性欠佳，易出现涌水现象。因隧道开挖采用双侧壁法施工，超前预注浆不能完全形成封闭止水墙，在隧道内采用深管井降水辅助暗挖施工。下部施工时水量很大，因地质变化大，降水效果有限。
2富水砂层土平衡盾构施工关键技术
盾构推进过程中存在超前沉降现象但幅度较小，主要成因是由于盾构机掘削面引起的地下水位偏低。盾构到达时，沉降现象集中在测点离盾构切口3m范围内。盾构设定土压值较大，出土量＜100%时，设定土压值较小，地表呈隆沉变化。盾尾通过后的隆沉离开测点5m范围内，若采用同步注浆，则不易发生沉降。后续沉降由于盾构施工中挤压、蛇形等扰动土体后产生沉降，沉降速率逐渐减小。
经分析，盾构推进过程中地层损失及隧道受扰动是引发土体沉降的基本原因。施工可通过调节土仓压力和作业面压力的方式使其达到平衡状态，此举能够有效减少地表沉降。此外，建筑空隙得到有效填充后可缓解地表沉降，注浆作业时要加强保护，以免盾尾密封刷受损。渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，使盾构工作处于最佳状态。土压平衡盾构在富水砂层施工中易出现出渣量异常情况，需对渣土进行改良，使渣土流塑性满足螺旋出土器排土要求。土压平衡盾构在富水砂层施工的核心是渣土改良，渣土流塑性效果好，才能有效控制出渣量，达到控制地层沉降的目的。土压平衡盾构施工期间需要加强对排土量的监测，灵活调整切削量并使两者平衡，从而抵抗源自于开挖面的水压和土压力。
3富水复合地层盾构施工难点
富水复合地层的施工条件错综复杂，在此条件下的小半径掘进、硬岩掘进刀具控制等均对施工技术提出较高要求。从隧道轴线控制、刀具管理等方面提出对应措施，经严格选型的盾构对富水复合地层具有较好的适应性。富水复合地层盾构的关键要点体现在小半径曲线始发、极破碎风化岩掘进等方面，需从实际施工条件入手，在盾构选型时展开适应性分析，以提高设备适用性。工程中，隧道掌子面稳定性较好，较为适宜的是土压盾构方式，相比于泥水平衡盾构，所需成本相对较少，施工效率较高。盾构区间局部为地质条件复杂的复合地层，因此要优化掘进模式，根据施工地层实际情况，推荐选用复合式土压平衡盾构的方式。复合地层施工条件下的长距离小半径掘进难度较大，体现在纠偏困难、管片侵限等方面。由于隧道曲线半径偏小且不具有足够高的纠偏灵敏度，因此明显加大了隧道中弧线控制难度。超挖刀在运行中易出现超挖现象，相比于理论挖掘量，实际状况明显偏大，导致地层损失。千斤顶存在推力作用，从而提供水平分力，导致管片失稳，发生向曲线外侧偏移的运动趋势。
4富水复合地层施工措施
4.1复合地层长距离小半径掘进
隧道曲线半径小，会加大盾构施工时的纠偏量，导致隧道轴线难以控制。超挖刀不断进行超挖掘进，导致实际挖掘量偏大，造成较长时间的后期沉降。盾构掘进时，管片端面与轴线具有一定夹角，使得管片向曲线外侧偏移。管片受力复杂，前方管片内侧角与后方都容易在外力作用下受损，为薄弱区，且在穿越小半径区间时将形成更为明显的斜向应力。鉴于盾构小半径曲线施工难度大，需要从盾构设备、管片设计等方面探讨合适处理措施，如预留合适的隧道偏移量、同步注浆和二次注浆等。盾构推进油缸采用分区控制模式，尽量减小整体推力，盾构司机应根据地质情况使盾构提前进入预备状态。盾构以蛇行方式前进挖掘，应坚持长距离慢修正的原则。盾构出现抬头、左右偏现象时分别加大对应区域的油缸推力。施工采用铰链连接方式，这样能够缩短盾构刚性连接长度。盾构转弯时通过的孔洞设置为椭圆形，配置超挖刀，以达到增大净空间的效果。盾构推进时易出现油缸行程误差大的现象，不利于隧道背衬注浆作业，该处管片厚度缺乏均匀性。为此，要尽可能缩小油缸行程差，并以各段掘进情况为主要参考，灵活调整。
降低盾构推力，根据实际地质条件选择合适的土仓压力，保证掌子面的稳定。盾构过小半径曲线段前，排查设备，保证盾构无故障通过曲线段。盾构掘进中应及时进行同步注浆，使管片与围岩间孔隙填充密实。转弯时需精确控制盾构推力，避免管片因受力过大造成破裂。拼装手要保证管片位置精度，防止因渣土引发的应力集中损坏管片，尽量使其完全作用在管片上。
4.2富水碎裂带掘进
丰富的地下水使同步注浆液被稀释冲刷，造成隧道管片上浮。管片脱出盾尾后，环形建筑孔隙保持相对稳定，如不及时固定管片，脱出盾尾处于无约束状态，管片在浮力作用下不断上浮。富水碎裂带盾构掘进时极容易发生管片上浮现象，因此在施工前需调低掘进姿态，严格控制好盾构的日掘进量，最大限度减少管片上浮。选用不易稀释的注浆液进行同步注浆，使浆液能快速凝固，保证同步注浆量充足。在拱部一点的位置预埋注浆孔，注入水泥水玻璃双液浆，限制管片继续上浮。注入双浆液时需设置止水环，提高前方同步注浆质量。
4.3硬岩掘进段刀具控制
硬岩不利于盾构掘进作业，此时易出现刀具非正常磨损、压块脱落和螺栓断裂等异常状况。硬岩抗压强度高，盾构前方土体不易坍塌，选择敞开式掘进模式，土仓内仅有少量渣土。掘进参数包括推进力和推进速度等，对刀具磨损影响最直接的是推力。推力过大，短期内盾构掘进速度会很快，但长时间的过大荷载会产生变形。硬岩地层应避免调整盾构姿态，否则会引起滚刀受力不均现象。硬岩段掘进作业时可采取向工作面喷适量泡沫的方式，这样可起到冷却和润滑滚刀的效果，减轻刀具磨损程度。针对硬岩段施工螺栓易松动情况，应及时加固螺栓，保证滚刀安装紧固。在完成刀具更换试运作后，及时检查刀具安装状态，每掘进完成一定长度后检查刀具磨损情况。盾构掘进过程中若出现参数异常现象，要及时检查刀具，必要时换新。土仓内换刀具安全隐患较大，因此必须确定一套科学的刀具检查与更换流程，以便顺利完成换刀作业。
5结束语
针对某3号线工程地质条件及施工重点，设计合理施工方案。盾构在长距离隧道中施工时，针对其存在的管片侵限等方面，采取相应措施。复合式土压平衡盾构能适合工程地质条件，满足标段区间盾构施工要求。
参考文献
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