盾殼包裹砂漿處理技術研究

彭飛 劉小龍 劉可 林賚貺

摘要：盾構掘進機是集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體的大型掘進設備，被廣泛應用于隧道施工中?；谀嗨軜嫏C在珠海興業路施工過程中，砂漿包裹盾體情況進行分析，提出相應的應對措施，并加以改進，進而保證施工工作過程中的安全性，并為類似盾構施工技術提供一定的借鑒經驗。

關鍵詞：盾構施工；注漿；砂漿包裹；處理技術

0? ?引言

近年來，隨著地下空間工程建設的需要和科學技術水平不斷提高，盾構法作為地下空間工程施工的主要手段，盾構掘進機及施工技術在我國得到了廣泛應用，盾構掘進機技術的發展也得到了國家相關部門和施工企業的高度重視[1-2]。

目前，已有不少學者已對盾殼包裹砂漿處理技術進行了研究。蒲曉波[3]借助城市隧道施工的經驗并結合現場實際情況，詳細介紹處理盾構殼被固結砂漿包裹的措施和注意事項。鄧友濤[4]以成都地鐵砂卵石地層工程為例，采用膨潤土泥漿處理技術來改善渣土的稠度和流動性，并配置合適的膨潤土泥漿，以提高掘進速率和合理控制出渣量。張國云[5]以超大型泥水平衡盾構穿越某近海河道盾構掘進為例，介紹了泥水處理系統的選型方法和實際工程中的配置及應用。本文基于泥水盾構機在珠海興業路施工過程中，砂漿包裹盾體的情況進行分析，提出相應的應對措施，并加以改進。

1? ?盾殼包裹砂漿現象

19286工號15.76m泥水盾構機在珠海興業路施工過程中，盾構始發駛出銀樺路始發端頭加固區后，技術人員發現盾構機在掘進18～61環時，在盾構機殼體范圍內，地面逐漸隆起。隆起位置多發生在B環末端至盾尾后部這一段經過的地層，且隆起位置在脫出盾尾后迅速開始下沉。地面隆起情況從離開加固區開始，一直持續到60環，隆起量從10mm逐漸增大，到7月19日第59環掘進及掘進完成后，里程DK1+620位置該點單日最大隆起達到59.59mm，累計隆起達到106.05mm，超出預警值（50mm）一倍以上。

2? ?原因分析

分析認為，配置鉸接時，超大直徑盾構包裹砂漿的情況不易出現。本次出現盾殼包裹砂漿，是因為該盾構為第一臺配置有主動鉸接的超大直徑盾構，在鉸接處留出凹槽（高110mm，寬405mm），為砂漿凝固留有空間。

盾構始發期間，砂漿配比不合理也是造成砂漿包裹的主要因素。始發時間長，從5月25日建壓到6月24日盾構機整體出加固區，始發加固區與盾體間空隙大（盾體直徑15710mm，管片外徑15200mm），砂漿非常容易流動到盾體中部。

始發到120環內隧道頂部埋深10～11m時，盾構機上部地層為液化砂層和粉質黏土。隧道頂部液化砂層和粉質黏土、淤泥質土和填筑土。整體來看，覆土淺和地層較軟。且同步注漿注入位置選擇靠上且注漿量偏大。前24環注漿口選擇在盾構機上半部，前20環頂部兩個注漿口注漿量在10～4.3m?之間。前24環同步注漿選擇位置如圖1所示。

3? ?解決方案

3.1? ?準備工作

3.1.1? ?確定振動位置

根據盾構機所在位置和砂漿包裹部位以及需避開地層內的管線的原則，首先確定施工區域和振動位置，再根據盾構軸線范圍和埋深確定鋼板樁規格和打入深度和數量以及間距。離切口環5.26處打第一排鋼板樁如圖2所示。鉸接及盾尾地面位置如圖3所示。

3.1.2? ?確定止水隔離措施

60環掘進完成后，切口里程DK1+611.536。在距離切口3.365m的B環左側、右側徑向注漿孔位置注入450kg聚氨酯，在55環L2塊位置（10點位置）注入200kg聚氨酯。聚氨酯運至一號臺車前端如圖3所示。注入聚氨酯如圖4所示。

3.2? ?處理過程

61環掘進前，在盾構機頂部里程DK1+615，切口里程往盾尾方向4m處，先打一排鋼板樁，其中12m的鋼板樁8根，15m的鋼板樁4根，共計12根，間距1m。預埋鋼板樁如圖6所示?，F場預埋鋼板樁如圖7所示。

63環掘進前，在里程DK1+611，切口里程往盾尾方向4m處，再打入一排鋼板樁，共計11根，間隔1m。第一排鋼板樁如圖8所示。第二排鋼板樁如圖9所示。

在61～66環掘進時，采用交替停機多點振動和邊掘進邊振動相結合的方法。振動遵循先中間后兩側交替進行原則，直至鋼板樁領近鉸接位置適當減少振動。掘進過程中保持推進速度10mm/min，每掘進5～10min，鋼板樁逐次振動10～15次。鋼板樁接近鉸接位置時，拔高3.5cm。振動結束后鋼板樁拔出后及時進行回填處理。交替多點振動如圖10所示。

62環單次振動過程如下：第一階段振動推進至200mm，開始提鉆，提鉆高度20cm，每根鋼板樁振動時間20s；第二階段振動推進至400mm，開始提鉆，提鉆高度5cm，根據振動情況分析，已打到盾殼；第三階段振動推進至600mm，開始振動，每根鋼板樁振動時間35s，距離盾殼5cm，所有鋼板樁提鉆5cm，恢復掘進；第四階段振動推進至800mm，開始振動，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動時間35s；第五階段振動推進至1000mm，開始振動，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動時間35s；第六階段振動推進至1200mm，開始振動，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動時間35s；62環推進結束，開始振動，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動時間35s。

3.3? ?砂漿配備調整

經過盾殼內取樣和地面打孔取芯，確認砂漿包裹盾體后，決定更改砂漿配合比。原砂漿配比水泥含量高，凝固時間短。新的砂漿去掉了水泥，提高了纖維、石灰、細沙和粉煤灰、膨潤土含量。

3.4? ?砂漿隔離及盾殼潤滑措施

從70環開始，盾構機每掘進完成一環后，在中盾與盾尾頂部超前注漿孔注入500L的膨潤土。注入膨潤土主要起到潤滑盾殼、稀釋砂漿作用，有利于防止砂漿凝結，并可有效將砂漿隔離，防止砂漿涌入鉸接凹槽內。此措施一直持續到137環。膨潤土注入位置如圖11所示。

4? ?處理過程數據及效果

從61～66環開始采取鋼板樁振動，經過包裹盾體的砂漿大部分被振掉后，停留在洞頂地層內，繼而造成更大數值隆起，期間最大累計隆起256.12mm。根據監測數據顯示，盾構機掘經過此段地層后，仍然有部分砂漿在盾體上部形成包裹。但經過振動處理和調整砂漿配比，74～102環期間，累計隆起值已下降至56.38mm，與處理前最大隆起106mm相比下降近50%。隨著盾構機繼續掘進，從103環開始地面隆起值已下降至10mm以內，直至114環下降至5mm以內。

4.1? ?砂漿脫殼處理期數據

61～66環掘進期間，采用鋼板樁振動砂漿脫殼措施后，部分砂漿被振掉留在地層中，造成7月23日單日最大隆起145.39mm，24日單日隆起最大85.88，如表1所示。

4.2? ?振掉砂漿堆積在盾體上部時期數據

67～73環最大隆起點位數據如表2所示。67～73環掘進期間，大量砂漿被振掉脫落盾體，但掘進時振掉的凝固砂漿堆積地層中，仍然引起地面累計值隆起值較大，但單日隆起值已開始有明顯下降的趨勢。

4.3? ?仍有少量砂漿跟隨時期數據

74～102環最大隆起點位數據表如表3所示。74環～102環掘進期間，包裹的砂漿大部分已經留在DK1+611和DK1+615之間，盾構主機范圍地面隆起單日最大28.59mm，累計最大56.38mm，單日隆起值仍然超限。盾殼上仍有部分殘留砂漿包裹盾體，跟隨盾構機沿掘進軸線前進。但通過隆起數據已能明顯看出，鋼板樁振動砂漿脫殼處理措施已初見成效。

4.4? ?砂漿完全脫離盾體時期數據

103～132環最大隆起點位數據如表4所示。103～133環掘進期間，殘留砂漿已基本被掛掉，留在地層中。地面隆起值也有明顯變化，鋼板樁振動砂漿脫殼處理措施的效果已達到。

5? ?結束語

泥水盾構機在珠海興業路淺覆土段掘進中，盾體鉸接前后位置出現砂漿凝結、包裹上半部盾體現象，將盾構行進線路上地面頂起，從而引起掘進里程沿線隆起，基于此提出地面立樁垂直振動的處理措施。此次砂漿凝固包裹盾體上半部，造成盾構主機鉸接至盾尾沿線地面隆起，在超大直徑泥水盾構上尚屬全國首例。同時證明了采取鋼板樁振動處理盾體包裹砂漿（脫殼）技術，是一種經濟高效可復制的工程處理措施。

本次工程實例雖有其獨特的因素和項目自身的原因，但也說明了鋼板樁振動措施能有效的處理此類施工問題，為超大直徑泥水盾構和其他盾構出現盾體包裹情況，提供了一種實用、經濟、便捷的處理方式方法。

參考文獻

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system based on tunnelling field test[J].Journal of

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[3] 蒲曉波，趙江濤.盾構盾殼被固結砂漿包裹處理技術[J].建

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[4] 鄧友濤.泥漿處理技術在地鐵盾構施工中的應用[J].工程

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[5] 張國云，潘真，李家洋，等.近海河道盾構施工泥水處理

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14189/j.cnki.cm1981.2020.10.007.