淺談富水砂卵石地層中淺覆土盾構(gòu)施工技術(shù)

1、淺談富水砂卵石地層中淺覆土盾構(gòu)施工技術(shù)龍浩山東省青島市嶗山區(qū)科苑緯三路25號(hào)，中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司，266000 摘要：長(zhǎng)沙市軌道交通1號(hào)線黃土嶺站涂家沖站區(qū)間隧道基本處于全斷面砂卵石中，地層穩(wěn)定性較差，滲透系數(shù)大，其中左右線各有229m、237m長(zhǎng)度距離隧道埋深不足6m，為淺覆土，覆土為砂卵石、粉質(zhì)粘土、雜填土地質(zhì)，參建各方經(jīng)多方案比選，淺覆土段采用特定掘進(jìn)參數(shù)結(jié)合洞內(nèi)拱頂鋼花管二次注漿的方式進(jìn)行施工。 關(guān)鍵詞：軌道交通 淺覆土 盾構(gòu)掘進(jìn) 鋼花管注漿引言 長(zhǎng)沙市軌道交通1號(hào)線一期工程土建施工第七標(biāo)段，黃土嶺站涂家沖站盾構(gòu)區(qū)間：左線路起、終點(diǎn)里程為ZDK22+518.458ZDK2

2、3+105.2、右線路起、終點(diǎn)里程為YDK22+516.691YDK23+105.2，左線全長(zhǎng)572.441m（短鏈14.301m），右線全長(zhǎng)581.520m(含短鏈6.989m)。區(qū)間覆土約為5.5m11m。長(zhǎng)沙地質(zhì)屬于富水砂卵石地層，且本區(qū)間左右線含長(zhǎng)度約230m的淺覆土段，與我國(guó)興建地鐵的許多城市均不相同，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，傳統(tǒng)的盾構(gòu)施工方法是盾構(gòu)掘進(jìn)加同步注漿，然而在富水砂卵石地層中并不能保證土體的穩(wěn)定性，施工不能滿足質(zhì)量安全要求，如果依照常規(guī)做法，可能會(huì)發(fā)生重大安全質(zhì)量事故，本文中提出并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)+同步注漿+拱頂鋼花管注漿在富水砂卵石地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)，豐富和完善

3、了長(zhǎng)沙富水砂卵石地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)。 一、工程概況 (一)工程簡(jiǎn)介 長(zhǎng)沙市軌道交通1號(hào)線黃土嶺站涂家沖站區(qū)間。黃涂區(qū)間左、右線隧道分別長(zhǎng)572.441m、581.52m，為兩條分修的單線隧道。區(qū)間線路出涂家沖站后沿芙蓉路向北進(jìn)入黃土嶺站。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分別從涂家沖站站內(nèi)過站后，二次始發(fā)后繼續(xù)向北掘進(jìn)，在黃土嶺站吊出過站。黃土嶺站-涂家沖站區(qū)間淺覆土里程段為ZDK22+578.978ZDK22+807.02、YDK22+582.551YDK22+827。 圖1：盾構(gòu)區(qū)間施工示意圖 (二)地質(zhì)條件 黃涂區(qū)間場(chǎng)地從地貌上屬湘江級(jí)階地，屬典型的二元結(jié)構(gòu)沉積地層，人工填土下伏湘江級(jí)

4、階地的粉質(zhì)粘土、卵石層、殘積粉質(zhì)粘土，下伏基巖為白堊系神皇山組（Ks）紫紅色泥質(zhì)砂巖類及第三系棗市組（Ez）紫紅色礫巖類，地層分布較簡(jiǎn)單，層面較平緩，覆蓋層厚度15.5029.15m ，局部大于50m，基巖埋深較淺。場(chǎng)地?zé)o膨脹土分布，粘性土及風(fēng)化巖均具有一定的崩解性，潛水含水層薄，地下水總不豐富，大氣降水為主要補(bǔ)給來源，基巖物質(zhì)組成中含砂量變化較大，總體基巖裂隙水貧乏，局部可能富集；場(chǎng)地內(nèi)的地層主要為：人工填土、第四系中更新統(tǒng)沖積層、殘積層及白堊系砂巖類、第三系礫巖類。圖2：地質(zhì)斷面圖 (三)水文條件 本區(qū)間沒有地表水系經(jīng)過，地勢(shì)較高，遠(yuǎn)高于湘江水面標(biāo)高，地下水位受湘江水域影響較小。 勘察場(chǎng)地

5、地下水的環(huán)境類型為I類，勘察場(chǎng)地地下水類型分為第四系松散層中的孔隙潛水、強(qiáng)中風(fēng)化基巖裂隙水及巖溶水，局部分布賦存于人工填土、粘性土中的上層滯水。場(chǎng)地內(nèi)隧道大部分地段穿越卵石層且上覆地層為多為土層，地下水豐富，施工中可能會(huì)發(fā)生涌水、涌砂、甚至造成局部坍塌等工程危害。 勘察期間，本區(qū)間場(chǎng)地初見地下水位埋深1.008.70m，相對(duì)標(biāo)高為60.8270.21m；潛水穩(wěn)定水位埋深2.008.60m，相地標(biāo)高為60.9269.21m；基巖裂隙水穩(wěn)定水位埋深為10.5813.20m，相對(duì)標(biāo)高56.5257.11m。 二、方案選擇 黃涂區(qū)間淺覆土段處于全斷面砂卵石層淺埋地段，隧道范圍內(nèi)土體土質(zhì)疏松，含沙量大，

6、并呈流體狀態(tài)，圍巖自穩(wěn)性差，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中容易造成、涌水、涌砂引起開挖面坍方或隧道冒頂?shù)那闆r，引起地面沉降，造成建筑物的裂縫、傾斜、倒塌、變形等。在這種安全風(fēng)險(xiǎn)較大的情況下，普通的盾構(gòu)施工掘進(jìn)工藝不能滿足質(zhì)量安全要求，各參建單位對(duì)盾構(gòu)在淺覆土段的施工工藝進(jìn)行論證和修改。 采用修改盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)+同步注漿+拱頂鋼花管注漿等措施綜合作用為盾構(gòu)穿越淺覆土地層提供保障。 三、施工工藝流程及要點(diǎn)無土體松散、無空洞 (一)施工流程試驗(yàn)段掘進(jìn)進(jìn)確定參數(shù)盾構(gòu)掘進(jìn)雷達(dá)探測(cè)土體松散、有空洞同步注漿同步注漿地面加固圖3：施工流程圖 (二)施工要點(diǎn) 1.雷達(dá)探測(cè) 邀請(qǐng)有資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)隧道覆土較淺地質(zhì)進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，檢

7、查土體是否疏松、含有空洞等情況，根據(jù)探測(cè)的地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的施工措施，必要時(shí)進(jìn)行地面加固，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示淺覆土段土體無松散，無空洞，無需對(duì)土體進(jìn)行地面加固。 2.試驗(yàn)段掘進(jìn) 在淺覆土段前100m（左線里程ZDK22+578.978 ，右線起里程YDK22+582.551）進(jìn)行試驗(yàn)段掘進(jìn)，以確定淺覆土段施工的掘進(jìn)參數(shù)、注漿配合比及參數(shù)、渣土改良參數(shù)，經(jīng)過100m試驗(yàn)段的施工得到以下參數(shù)：(1)盾構(gòu)在淺覆土段掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定: 1)盾構(gòu)機(jī)推力：控制在800t左右； 2)掘進(jìn)速度：40mm/min-45mm/min； 3)刀盤轉(zhuǎn)速：0.8r/min-1.0r/min； 4)刀盤貫入度：40mm/r-

8、45mm/r； 5)土壓力：土倉(cāng)蓄土量低于1/2倉(cāng)位，土壓力設(shè)定為0.6Bar左右，防止因?yàn)橥羵}(cāng)壓力過高引起地面隆起。 6)由于隧道上部覆土較淺，要嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，適當(dāng)更改掘進(jìn)參數(shù)，盡量減小地面沉降，確保不超挖情況發(fā)生。 7)為了防止盾構(gòu)拼裝管片期間，刀盤周圍的土體發(fā)生失穩(wěn)情況，在每環(huán)快掘進(jìn)完成時(shí)，進(jìn)行續(xù)土保壓，提高土倉(cāng)倉(cāng)位至2/3倉(cāng)，拼裝完成后，降壓掘進(jìn)。 (2)同步注漿 盾構(gòu)穿越淺覆土地段時(shí)，一方面提高同步注漿漿液質(zhì)量，適當(dāng)增加注漿量,同步注漿量在6.5 m3左右，另一方面，控制注漿壓力在2Bar左右，防止因壓力過大而造成擊穿上部土體。同步注漿配合比見表1：表1：

9、同步注漿配合比表可硬性漿液漿液投料量（kg/m3）砂膨潤(rùn)土粉煤灰水泥水84065410200520 (3) 渣土改良 1)渣土改良方法 膨潤(rùn)土泥漿配合比為水：膨潤(rùn)土：外加劑=1010.2，膨潤(rùn)土為優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土，外加劑為堿、CMC及超流化劑DAV等，泥漿坍落度控制在20cm以內(nèi)。 泡沫：9095%壓縮空氣和510%泡沫溶液；泡沫溶液的組成為泡沫添加劑3%、水97%。本工程所用泡沫劑粘度不低于0.1Pas。 2)出土量控制 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制出渣量，并做好每環(huán)出渣量的記錄。出土量計(jì)算 其中：Q-出土量；K-松方系數(shù)（一般取值為1.1-1.2）；D-刀盤外徑； L-管片環(huán)寬。根據(jù)計(jì)算及試驗(yàn)

10、段得，出土量一般控制在50-55m3。 3.淺覆土段掘進(jìn) (1)盾構(gòu)掘進(jìn) 1)掘進(jìn)參數(shù)及同步注漿參數(shù) 按照試驗(yàn)段得出的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，在掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行同步注漿，掘進(jìn)參數(shù)及注漿參數(shù)見表2、表3。參數(shù)名稱推力掘進(jìn)速度刀盤轉(zhuǎn)速刀盤貫入度土倉(cāng)壓力數(shù)值800T40mm/min-45mm/min0.8r/min-1.0r/min40mm/r-45mm/r0.6Bar表2：掘進(jìn)參數(shù)表每環(huán)注漿量6.5 m3左右，注漿壓力2Bar左右。漿液投料量（kg/m3）砂膨潤(rùn)土粉煤灰水泥水84065410200520表3：注漿參數(shù)表 2)渣土控制淺覆土段掘進(jìn)施工時(shí)，要嚴(yán)格控制土

11、體改良效果和出土量，遇到土體含水量過大，穩(wěn)定性較差時(shí)，采取向刀盤前和土艙內(nèi)及螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入膨潤(rùn)土+泡沫混合物的方法來改良碴土，確保施工安全。膨潤(rùn)土泥漿配合比為水：膨潤(rùn)土：外加劑=1010.2，膨潤(rùn)土為優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土，外加劑為堿、CMC及超流化劑DAV等，泥漿坍落度控制在20cm以內(nèi)。泡沫：9095%壓縮空氣和510%泡沫溶液；泡沫溶液的組成為泡沫添加劑3%、水97%。本工程所用泡沫劑粘度不低于0.1Pas。 出土量一般控制在50-55m3。向土體掌子面或土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土?xí)r，出土量會(huì)適當(dāng)增加，根據(jù)膨潤(rùn)土注入量等因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，控制出渣量。4.拱頂鋼花管注漿 盾構(gòu)穿越淺覆土地段時(shí)，

12、對(duì)管片背后土體進(jìn)行鋼花管注漿，鋼花管采用32鋼管，通過管片拼裝孔插入土體中，插入深度為2m，每環(huán)5根鋼花管進(jìn)行注漿，注漿量為15m3左右。 二次補(bǔ)充注漿范圍為上部150（如圖4），注漿漿液為雙液漿?？紤]到鋼花管施工作業(yè)需足夠的空間，二次注漿控制在盾尾后23環(huán)的位置進(jìn)行注漿，并與盾構(gòu)掘進(jìn)施工同步進(jìn)行。圖4：隧道拱頂鋼花管注漿示意圖 (1)鋼花管注漿參數(shù) 二次補(bǔ)壓注漿用水泥水玻璃雙液漿，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用35Be的濃度，漿液水灰比：1 ：1.2，水泥與水玻璃的配比(體積比)：1 ：0.7，考慮到隧道上部覆土較淺，注漿壓力控制在0.2Mpa0.3Mpa，不宜過大。4、 掘進(jìn)過程中及盾構(gòu)通過后監(jiān)測(cè)結(jié)果 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中及盾構(gòu)通過后我們組織專業(yè)測(cè)量隊(duì)伍及第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)地面及周邊建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掘進(jìn)過程中地面及周邊建筑的單次最大沉降量2mm，盾構(gòu)通過后，地面及周邊建筑物沉降穩(wěn)定，累計(jì)最大沉降量為5mm，遠(yuǎn)小于沉降報(bào)警值。五、結(jié)論與體會(huì) 富水砂卵石地層淺覆土采用傳統(tǒng)的施工方法，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。本工程采