土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工程中松動(dòng)地層的控制及監(jiān)測(cè)研究

劉 暢

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100）

0 引言

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，地層會(huì)松動(dòng)，地表會(huì)沉降。松動(dòng)地層的控制是保證施工安全重要的方面。所謂松動(dòng)地層控制，是指在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，對(duì)于松散土層的控制，防止松散土層的塌陷和對(duì)隧道周圍的影響。本文以合肥地鐵3號(hào)線黃潛區(qū)間為例，對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中松動(dòng)地層的控制和監(jiān)測(cè)進(jìn)行深入研究，其結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)可供城市地鐵建設(shè)類似項(xiàng)目提供借鑒。

1 工程地質(zhì)背景和地層特征

合肥地鐵3號(hào)線黃潛區(qū)間隧道為兩條單線圓形隧道，區(qū)間隧道覆土厚約為10.3～17.5m，設(shè)計(jì)里程范圍DK13+073.250～DK13+931.443，區(qū)間長(zhǎng)度858.193m，隧道穿越土層主要為（2）2 黏土，沿線有一根埋深2.7m 左右的Ф1000混凝土雨水管，與隧道凈距大于6m。通過路面地質(zhì)雷達(dá)掃描探測(cè)物探手段（見圖1所示），查明待掘進(jìn)區(qū)段內(nèi)地表以下8m范圍內(nèi)的巖體物性情況，評(píng)價(jià)該區(qū)段范圍內(nèi)存在直徑大于50cm的空洞發(fā)育范圍，對(duì)比分析探測(cè)結(jié)果見表1所示。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果圖

2 松動(dòng)地層控制方法

在城市地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中，松動(dòng)地層控制是非常重要的，直接關(guān)系到隧道的安全和施工進(jìn)度。控制松動(dòng)地層的形成，可以采用多種方法，該工程主要采取地面注漿加固法、超前注漿法、徑向注漿法等三種方法[1]。

2.1 地面注漿加固法

地面注漿加固法是先在掘進(jìn)面前方從地面鉆孔，然后將袖閥管插入到鉆孔中，并使用水泥漿液或水泥-水玻璃漿液注漿填充空隙。提前對(duì)掘進(jìn)面前方土體進(jìn)行加固，從而提高掘進(jìn)面前方土體的穩(wěn)定性。

該方法施工簡(jiǎn)單，速度快，施工時(shí)間充裕及工作面多，能夠滿足城市地鐵建設(shè)的需要，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，有效地保障了工程的順利進(jìn)行[2]。

2.2 超前注漿法

超前注漿法是利用盾構(gòu)機(jī)的超前注漿孔，將注漿管插入到掘進(jìn)面前方土體，通過注入漿液使其形成一個(gè)漿液殼體，起到支護(hù)作用，保持了掘進(jìn)面前方土體的穩(wěn)定。

該方法能夠有效地控制松動(dòng)地層，保證隧道掘進(jìn)的安全性和穩(wěn)定性，減少地層變形和沉降，降低隧道掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)。然而，超前注漿法需要使用大量的注漿材料，材料運(yùn)輸困難，且施工環(huán)境差，影響工期，難以正常掘進(jìn)施工[3]。

2.3 徑向注漿法

徑向注漿法是一種常用的松動(dòng)地層控制方法。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，在盾體部位徑向開設(shè)注漿孔，通過注漿孔注入水泥漿漿液等材料，將掘進(jìn)面后方的土體及時(shí)固化。

該方法施工簡(jiǎn)單，施工速度相對(duì)較快，成本也相對(duì)較低，能夠有效地控制土層松動(dòng)和塌陷，保證隧道的穩(wěn)定性和安全性。然而，在不密實(shí)且覆土較淺地層中，容易導(dǎo)致水泥漿液或泡沫漿液擊穿覆土，從道路裂縫或綠化帶滲出，影響道路交通及文明施工[4]。

3 地表沉降監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

在區(qū)間隧道中心軸線上每10m設(shè)一斷面。在橫剖面上從盾構(gòu)軸線由中心向兩側(cè)由近到遠(yuǎn)，按測(cè)點(diǎn)間距3m、5m、8m、10m遞增布設(shè)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)的范圍為盾構(gòu)外徑的2～3倍（見圖2所示）。

本文以區(qū)間右線盾構(gòu)軸線中心監(jiān)測(cè)點(diǎn)月報(bào)數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)刀盤距監(jiān)測(cè)點(diǎn)10～20m 地表沉降數(shù)據(jù)（未掘進(jìn)前）、刀盤距監(jiān)測(cè)點(diǎn)10m內(nèi)地表沉降數(shù)據(jù)（掘進(jìn)前）、監(jiān)測(cè)點(diǎn)在盾構(gòu)機(jī)盾體上方地表沉降數(shù)據(jù)（掘進(jìn)中）、監(jiān)測(cè)點(diǎn)在成型管片上方沉降穩(wěn)定后數(shù)據(jù)（掘進(jìn)后），見表2所示。

表2 地表沉降監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)

黃潛區(qū)間從始發(fā)井開始至90m范圍內(nèi)，地表沉降監(jiān)測(cè)值在預(yù)警范圍內(nèi)。

從90～250m范圍內(nèi)，地表沉降監(jiān)測(cè)值呈發(fā)散趨勢(shì)；并在250m 達(dá)到最高峰，掘進(jìn)后地表沉降監(jiān)測(cè)值超過預(yù)警值，停機(jī)分析原因后，采取地表注漿加固法、超前注漿法及徑向注漿法后，從250～550m范圍內(nèi)，地表沉降監(jiān)測(cè)值得到明顯控制；由于超前注漿法影響正常掘進(jìn)，為避免耽誤工期，多采用地表注漿加固法和徑向注漿法。

從550m至區(qū)間結(jié)束，主要因工期耽誤，且徑向注漿法操作空間狹小，溫度高，噪音大，后期只采用地表注漿法加固土體，故地表沉降監(jiān)測(cè)值有所增大，但也在預(yù)警可控范圍內(nèi)。

隧道正上方地表沉降監(jiān)測(cè)曲線見圖3所示。

圖3 地表沉降曲線

綜上所述，根據(jù)地層松動(dòng)程度和掘進(jìn)前后地表的沉降程度，選擇一種或數(shù)種加固方法，對(duì)松動(dòng)土體進(jìn)行提前加固。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理的選擇和應(yīng)用[5-6]。

4 結(jié)束語

本文通過黃潛區(qū)間施工案例驗(yàn)證了加強(qiáng)地質(zhì)勘探，加密掘進(jìn)過程中的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理等措施的有效性和可行性。采用如地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程的更全面、更精準(zhǔn)的控制，從而避免地表沉降塌陷事故的發(fā)生。總之，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中存在的松動(dòng)地層問題，會(huì)給工程帶來較大的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，必須采取合理的注漿加固措施等方法有效地解決松動(dòng)地層問題。