富水砂層盾構施工

蔣昌盛

摘要：本文主要講述在富水砂層地質條件下盾構施工的要點和注意事項。在南昌地區特有的地質特征（砂層含泥量小于10%，地下水豐富而且水位高）條件下，結合兩個區間盾構施工的經驗，對盾構施工要點進行以下論述。

關鍵詞：富水砂層；盾構施工；刀盤形式；掘進參數控制

中圖分類號：U455.43文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）08-0107-01

1.概述

隨著城市化進程的加快，城市可利用空間成為了制約城市發展的障礙，城市周邊發展和城市地下空間的利用成了解決手段之一。地鐵和各種綜合管廊的建設有效的解決了城市人口流動困難和各種市政服務不完善的問題。盾構施工是城市隧道施工最有效和最安全的施工方法，本文著重論述盾構施工在富水砂層中掘進的重難點及有效控制的方法。

2.盾構施工在富水砂層中掘進重難點

盾構施工在富水砂層的掘進與其他地層中的施工一樣，都存在盾構施工需要注意的一般問題，但是在富水砂層的地質條件下，有其特有的難以解決的問題。結合南昌地鐵一號線和二號線建設中盾構施工遇到的問題進行總結，盾構施工難以解決或者說很容易發生的問題如下：

（1）地面沉降不容易控制，在掘進控制不好的情況下很容易發生大面積的特大沉降；

（2）在掘進過程中刀盤和刀具過度磨損，并且發現過度磨損后換刀困難（常壓開倉地面加固困難，帶壓開倉保壓困難）；

（3）土倉土壓設定需要合理，土壓控制不佳帶來的各種問題（地面沉降、刀具磨損、掘進速度）立即體現出來，而且各種問題在不斷的惡陛循環中加大，最后導致施工質量和安全事故。

3.盾構施工在富水砂層中掘進控制的要點

南昌地區砂層的特點是砂層含砂量大，非砂、小卵石含量小于10%，地下水豐富。這種地層具有的特性是在局部空間發生泄漏的情況下地層流動大，很容易造成大范圍的地層擾動，同時在一定空間里土層受到局部擠壓的情況下土層的可壓縮性和可流動性很差，土層的摩擦力急劇增加。一般軟土地層，地下水流動過程中土層損失要小，土體在受到到擠壓的情況下，土地可向外圍流動，土體的摩擦增加也比純砂層要小很多。

一股情況下，我們為了減小地面沉降，就人為的提高倉內土壓的設定值，試圖在高土倉土壓情況下向前掘進，減少出土量，從而達到減小地面沉降的目的。在軟土層這種解決問題的辦法是可行的，軟土層在受到擠壓的情況下可向刀盤四周流動，達到相同情況下減少地層土體損失，減小地面沉降，但是在富水純砂層這種辦法是不可行的，由于土倉土壓過高，刀盤切削面受到過大的擠壓，然而切削面的砂是不會向刀盤四周流動，在這種情況下，盾構機的掘進速度不可能太高，刀盤的磨損速度急劇增加，同時由于掘進速度較低，出土量不好控制很容易超出，此時如果減小螺旋機出土能力，勢必進一步造成倉內土壓過高和推進速度減小，盾構掘進將進入一個惡性循環的過程。

在本文的論述中提出一個如圖一所示的土壓控制理論：

如何選擇合理的倉內控制土壓就是一項很重要的工作，我們把如何合理的選定倉內控制土壓分為兩部分：其一是施工過程我們已經無法改變的外部條件，如所選擇盾構機刀盤的形式、開口率、所施工區域的砂層地質特性；其二是施工過程我們根據反饋信息的合理化調整掘進參數。

在南昌地鐵一號線的施工過程中所有日系盾構機都遇到了掘進困難的問題，通過我們分析，日系盾構機掘進困難的根源在所選擇的盾構機刀盤開口率過大。開口率過大或者輻條式刀盤不適合富水砂石地層推進就體現在刀盤面板對切削面土體支護作用太小或者消失，不能很好的把倉內可變土壓區域和改良土壓區域區分，造成改良土壓區域消失直接變成了可變壓力區域，千斤頂推力直接從土倉隔板傳遞至倉內土體，造成倉內土壓力過大（過小基本不可能，除非螺旋機出土速度大于砂石進入土倉的速度，這種情況不可能發生）出土量不好控制（超出土方），噴涌（噴涌的根源在倉內壓力過大，水大只是有形成噴涌的可能，形成土倉土壓改良區域，有推進速度是不會噴的，硬巖裂隙水形成的噴涌不在此列），推進速度上不來。

關于施工過程中的信息反饋合理化調整掘進參數，我們根據盾構施工的居多因素繪制了如圖二所示的盾構施工過程中掘進參數設置及反饋信息邏輯關系圖，圖中明確體現了我們在掘進過程中如何實時調整掘進參數。

4.總結

在富水砂層的盾構掘進施工中，我們除了做好同步注漿的量、保證及時二次補漿（最好快硬性雙液漿）、渣土改良、出土量等常規盾構掘進參數控制外，還有其自身特有的地方，需要注意如下幾點：

（1）選擇開口率合適的面板式刀盤，一般選擇30%左右的開口率較好，加強刀盤面板及四周的耐磨性（非一定要重型刀盤）。開口率越小倉內土壓控制可適當減小，如果掘進區域有部分泥層，要注意渣土改良并進一步適當降低倉內土壓，以預防結泥餅。

（2）合理設置倉內控制土壓，不可過高，在保證同步注漿和二次注漿量的情況下，地面沉降合理即可，不應為了控制零沉降而盲目的提高倉內控制土壓。