軌道工程特殊地段盾構施工技術探討

本立平

中鐵十二局集團第一工程有限公司，山西 臨汾 041000

1 工程概況

本軌道工程某標段的盾構區間雙線總長2589.5m，盾構區間附屬工程主要包括聯絡通道5個。根據本軌道工程地質條件以及周邊環境情況，本軌道工程標段存在軟弱地層、含水軟巖以及軟硬混合地層以及地面沉降等特殊地段。為此，對于這些特殊地段，本盾構施工時必須采取有針對性的技術處理措施，以有效地保證盾構施工的安全性。

2 隧道底為砂層地段處理措施

1）反復注漿完成后，預留部分注漿鋼套管以備后期運營時補充注漿用，其余的孔位封堵后拆除鋼套管。預留孔位應考慮運營管線進行布置，道臺混凝土澆筑時，預留注漿鋼套管口應接管或切除使之與混凝土面齊平。封堵孔位的袖閥鋼管留在土體及管片內，并注入高強漿液填滿袖閥鋼管，袖閥鋼管與管片間用改性環氧樹脂填充；

2）采用復合袖閥鋼管隧底注漿加固可有效解決隧底軟弱地層液化的情況，但在隧道內施工要考慮防噴涌的問題。因此，復合袖閥鋼管采用特制的，鋼管底部為圓錐型的封閉，確保砂層或地下水不能從管底進入注漿管內。鋼管上的注漿孔用橡膠皮套箍住，確保注漿的單向性。即在壓力作用下注漿液通過注漿孔撐開橡皮套，將漿液注入加固區，而外邊的砂或地下水則不能通過注漿孔進入注漿管內；

3）在盾構管片上按要求預埋孔徑Φ49mm，長度285mm的管片注漿套管作為注漿預留孔。在打入袖閥鋼管前，套管內安裝一個防止地下水通過管隙進入隧道的逆止閥；除了逆止閥，在注漿套管上方安裝一個帶多重止水橡膠的鋼套管。袖閥鋼管插入鋼套管內，通過止水橡膠有效防止了管壁間涌水的可能。

3 隧道頂為砂層地段處理措施

盾構通過該地段時必須從良好的碴土改良、合理選擇掘進模式、土倉壓力、刀盤轉速、出土量控制、同步注漿等掘進參數、同步注漿、監控管理等方面進行綜合控制才能確保盾構安全通過。本盾構通過砂層地段采用以下掘進技術措施。

3.1 采用注入高分子材料以解決碴土改良難的問題

擬選用高分子和泡沫劑兩種材料結合使用，注入到刀盤前方進行渣土改良。利用高分子材料迅速吸收砂層中的水分，使砂層流動性降低轉變為塑性狀，在掌子面形成一層泥膜穩定掌子面，達到有效建立土壓平衡的目的，同時利用泡沫劑松散性能來減小土層粘性以達到預防結“泥餅”的目的。工程實踐表明采用此項技術得到成功應用，效果顯著。

3.2 采用土壓平衡掘進模式維持正面地層的穩定

在砂層等軟弱地層掘進時，要維持掌子正面地層的穩定，關鍵是螺旋式輸送機排土必須準確。掘進過程中，必須始終維持開挖土量與排土量的平衡，以保持正面土體穩定，并防止地下水土的流失而引起地表過大的沉降。在上部為中砂，下部為強風化地層中掘進，出土量是否超量是前方地層穩定與否的直觀反映，在高分子、泡沫與水注入正常的情況下，每環的出土量一般為60m3～68m3，而在砂層中掘進時出土量往往偏大。因此，在掘進過程中對出土量的控制十分必要。

3.3 合理控制土倉壓力以避免土壓大起大落對地層產生掘削擾動

合理的土倉壓力對保證掌子面穩定、避免擾動砂層、提高掘進速度有很大的影響。在渣土改良正常的情況下，必須確保土倉內的壓力略大于水頭壓力。當隧道中心埋深為16.0m，地下水位-1.5m～-2.0m時，土倉的中土壓應設定在150kPa～170kPa之間，同時將土倉壓力變動幅度控制在20kPa之內，避免土壓大起大落，對地層產生掘削擾動，以保證掌子面的穩定。盾構在砂層段范圍內實施停機時必須確保土倉壓力的穩定，在掘進每環的最后0.1m～0.2m時應停止空氣注入，以確保土倉壓力為真實土壓。以避免盾構機在停機期間刀盤土倉壓力產生大的波動而影響掌子面的穩定。

3.4 降低刀盤轉速以減少對地層的擾動

對于上軟下硬地段的含砂地層，根據以往的施工經驗，刀盤轉速在1.8r/min以上時其扭矩較小、掘進速度較快，但其對地層產生的擾動也較大；刀盤轉速在1.4r/min時其扭矩較小、掘進速度平穩，且對地層產生的擾動相對較小；刀盤轉速在1.0r/min時其扭矩較大、掘進速度較慢，渣土改良達不到效果，其對地層產生的擾動相對也較大。因此通過砂層地段時，刀盤轉速應盡量的放慢，宜控制在1.3rpm～1.5rpm之間，在保證一定的掘進速度的情況下盡量減少刀盤對上部砂層的擾動。

3.5 及時足量的進行同步注漿以控制后期沉降

注漿量控制主要控制盾構通過時的后期沉降，通過同步注漿可以起到填充盾殼與管片間的環形間隙，穩定隧道管片上方的土體，從而減少地層沉降的目的。在砂層中進行同步注漿量必須做到注漿的及時、足量、穩壓，既不能因注漿量過少而造成地面大量沉降也不能因壓力過大而擊穿砂層，造成涌砂、涌水等事故的發生。為確保注漿量及注漿效果，一般情況下，注漿壓力可以控制在0.3MPa～0.5MPa，注漿量每環不少于5.5m3，對于已經發生噴涌、沉陷的地段，注漿量應適當提高。

4 在上軟下硬地層中掘進處理措施

1）在這種典型的上軟下硬地層中掘進既要防止噴涌、防止上部砂層塌陷，又要防止刀盤結泥餅。因此，合理的高分子、泡沫、空氣和水的注入是改良效果好壞的關鍵因素。在刀盤正面注入高分子材料，利用高分子材料的吸水性能，提高渣土的和易性，達到增塑、保壓、防止噴涌的作用，保證出渣正常。同時注入適量的泡沫，利用泡沫的潤滑性能，減少渣土的粘結性，提高流動性，防止泥餅問題產生；

2）嚴格進行土倉壓力、出土量管理，控制地面沉降。在添加高分子材料后，控制土倉壓力及出土量是達到有效控制地面沉降的最關鍵的因素。根據添加高分子材料進行盾構施工的實例反映，與本工程類似地層的沉降可控制在+10～-10范圍內，可以滿足盾構沉降控制的要求；

3）在刀盤外周配置邊緣滾刀、超挖刀，保證足夠的開挖洞徑，并通過調整千斤頂分區油壓、合理選型管片等措施來控制盾構姿態。盾構掘進時適當加快刀盤轉速，立足于靠道具切削巖土，避免出現磨刀現象。

5 結論

本文結合某軌道工程的施工實踐，針對該盾構隧道底通過砂層等特殊地段，提出相應的施工技術處理措施，旨在為類似地段的盾構施工提供參考借鑒。經工程實踐表明，本工程對于這些特殊地段所采取的技術措施具有較明顯的安全性以及經濟性，可為解決類似特殊地段施工提供較好的參考實例。

[1]陽東升.泥水盾構在幾種特殊地段中的施工技術[J].科技信息，2010(6).

[2]鐘志全，楊自華.軌道工程特殊地段的泥水盾構施工[J].工程機械與維修，2007(8).