富水软土地层盾构掘进施工技术

孔丽明

中建八局轨道交通建设有限公司江苏南京210000

摘要：在改革开放的新时期，我国的经济在快速的发展，文章着重分析富水软土地层盾构掘进施工技术的具体应用，结合工程实例和现有的经验技术，以及《轨道交通隧道工程施工质量验收标准》和《盾构法隧道施工及验收规范》，对富水软土地层盾构掘进施工技术进行全面分析后得出，在富水软土地层地铁隧道盾构掘进施工中，合理的施工参数、施工工艺、施工方案是保证施工质量和施工安全的关键，对盾构隧道变形、上浮、沉降等进行全面控制，可有效降低富水软土施工进度和质量的影响，提升地铁隧道施工的安全性和质量。

关键词：富水软土地层；盾构掘进；施工技术；应用

引言

盾构掘进技术日趋成熟，广泛应用于区间隧道施工。施工中，地质条件多种多样，周边环境复杂多变，掘进施工技术难度较大，尤以软土地层、复合地层、富水砂层、砂卵石地层等更为复杂，施工风险更大。其中，软土地层强度低、呈高流塑性、高压缩性，地层反应灵敏，盾构机姿态控制较为困难，姿态控制技术成为软土地层盾构施工的关键技术之一。

1案例分析

该工程包括一站两区间：即潘家园西站、潘家园西站—广渠门外站区间、十里河站—潘家园西站区间。区间盾构自潘—广区间左右线盾构始发井始发，沿潘家园东路由北向南敷设，左线（下线）盾构先行过站，转向左安路到达十—潘区间盾构接收井接收，吊出后转场到始发井，进行右线掘进施工，空推过站到达十—潘区间盾构接收井。左线盾构总长2.96km，右线盾构总长2.78km（含空推265.6m）。平面最小曲线半径为320m。盾构区间采用单层衬砌，管片采用C50P10钢筋混凝土平板形管片。盾构隧道净空尺寸为5800mm，管片厚度300mm，外径为6400mm，衬砌环宽1200mm。管片设计采用六块：即一块封顶块K、两块邻接块B、三块标准块A；结构形式为：错缝拼装，螺栓连接。管片楔形量48mm，楔形角β=0.46°。

2施工对既有盾构隧道的影响分析

根据该工程的地质及结构情况，施工对既有盾构隧道的影响主要来自于两方面：1）施工对盾构隧道周围土体的扰动。由于隧道穿越土层主要是淤泥质黏土，具有蠕触变特性，地道基坑围护桩施工、地基加固以及降水等都可能对盾构隧道周边的土体产生扰动，造成隧道周围土体的变形，从而导致管片的上浮或下沉以及径向变形等情况的发生。2）基坑土方开挖过程。基坑开挖是直接对既有盾构隧道上方覆土进行卸载的过程，当盾构隧道上方覆土质量与管片质量之和小于管片所承受的浮力，基坑内的隧道管片将发生错台上浮，造成隧道结构破坏。根据目前常用的简化最小埋深的计算方法，盾构隧道管片在受到的浮力（水浮力、泥浆浮力）大于上覆土与管片质量及其他效应产生力的总和，管片就会产生上浮。

3富水软土地层盾构掘进施工技术

3.1盾构试掘进

当盾构驶出加固区域以后，为更好的掌握其运行参数，可把盾构始发段100m的范围作为试验段，为后期正式掘进施工提供参数和标准要求。在试验段施工时要格外注重，推进参数和地面变形之间的关系，并对试验端施工的各项参数和标准进行全面记录，争取在最短的时间内，获得盾构前进的实际参数和标准，为后期施工提供便利条件。此阶段施工时，需要切实做好以下几项工作：（1）及时收集试验段施工的数据进行统计，并及时组织培训，使操作人员和施工人数能尽快掌握盾构机操作方法，确保后期施工能顺利进行。（2）对隧道土层结构进行全面分析，确定盾构施工对土层结构的扰动超出了设计范围，并及时制定处理方法，避免发生塌陷等安全事故。（3）在试验段施工中，还要切实加强对地面变形情况的监测和控制，并全面掌握推进参数，为同步注浆提供指导。（4）当盾尾进洞到+5～+7环时，可利用管片进行二次注浆，此工序的主要作用防止洞口发生漏水，另一方面是为后续洞门密封创造良好的条件。在试掘进段推进期间，确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能保证盾构匀速通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数，以控制盾构姿态。

3.2水平趋势转换

盾构趋势转换为一连续、缓慢过程。例如：线路左转弯，盾构机平行线路轴线，拟于后期向轴线靠近，则此趋势转换的过程为：A：左右侧推力差加大（右侧为左侧约6～8倍）→B：水平姿态前、中、后均向右偏（其中后点右偏速度明显快于前点及中点）→C：前、中点姿态向左走，后点继续右偏，偏速变缓→D：前、中点走行至既定姿态点，左右推力差减小（右侧为左侧约1.5～2.5倍）→E：水平姿态前点基本稳定或略向右走，中点及后点姿态向左走（其中后点变化速度最快）→F：达既定目标姿态→G：下一轮姿态调控。推进过程中，应根据姿态前、中、后点变化速度及趋势，合理规划趋势转换过程中B工序开始时间及E工序结束时间，可有效防止纠偏不及时或纠偏过多现象，为盾构姿态的科学、合理控制提供保障。

3.3主要技术措施

根据该工程施工过程中可能对既有盾构隧道产生的影响，施工时采取如下措施，并在杭州市平海路跨延安路南侧过街地道西半幅施工中取得了良好的效果。1）选择合理的施工设备，严格控制施工参数。为减少施工过程中对既有盾构隧道周边土体的扰动，在咬合桩、抗拔桩施工过程中，采用全套管旋挖钻机施工，先用液压反压工艺施工钢套管，再进行桩基成桩施工，以免在成桩过程中对桩基周围土体产生扰动；在地基加固过程中，距离隧道周边1～1.5m范围内，从隧道管片内利用注浆管进行注浆加固，其他段采用高压旋喷桩，旋喷桩施工到坑底以下1.4m处，适当降低喷浆压力，并延长喷浆时间，并在施工过程中，根据监测的数据及时调整施工参数。施工过程中，坑内以上范围喷浆压力达1.0MPa，坑底以下降低到0.4MPa。2）精心组织施工，确保地基加固效果。对地基进行预加固是改善土体性质的必要手段，特别是在淤泥质黏土地质中，一是可以改善土体的强度及压缩性，减少土体的变形；二是土体预加固可改善土体的止水效果。该工程土层含水量高，但渗透系数低，普通深井降水效果并不明显，且降水易引起周边地下水环境的变化，造成地层沉降。该工程施工过程中，严重控制水泥掺入量、水灰比，喷浆压力以及提升速度。在基坑开挖前，对加固区进行取芯试验，结果表明加固后的土体强度最高达到1.5MPa，而且在基坑开挖过程，坑内外未设降水井，仅在坑外设观察井。

3.4姿态监控系统

盾构姿态监控是整个施工的关键内容，监控的好坏直接决定了盾构机能否按照设定路线前进。在该工程中，通过激光自动导向系统和人工复核相互结合的方法对盾构机进行全面控制，可进行全体后的控制，从而确保盾构机施工都可以可以按照设计规范和标准顺利开展，随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每30～50m进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

4结束语

综上所述，文章结合工程实例，深入分析了富水软土地层盾构掘进施工技术，得出：（1）在具体施工过程中，要在充分了解盾构机性能、地层特性及平竖曲线要素的基础上，严密关注掘进参数、管片选型等才能保证施工质量。（2）盾构掘进施工具有很强的综合性和系统性，在具体施工建设中，需要从盾构始发、盾构试掘进、掘进模式的选择、推进速度控制、出土量控制、姿态监控系统等多方面同时入手，才能保证施工质量。

参考文献：

［1］谭仕波．富水软土地层土压平衡盾构机始发关键技术控制要点［J］．环球市场，2016，24（14）：173．

［2］杨旸，谭忠盛，彭斌，等．富水圆砾地层土压平衡盾构掘进参数优化研究［J］．土木工程学报，2017，64（s1）：94