北京典型地層條件下土壓平衡盾構(gòu)施工

1、北京典型地層條件下土壓平衡盾構(gòu)施工 摘要北京地鐵五號線盾構(gòu)實驗段及南延工程是全線重要的地下區(qū)段之一，它位于老城區(qū)并穿越一系列北京地區(qū)典型地層。同時也是北京地區(qū)首次將盾構(gòu)法應(yīng)用于地鐵隧道施工的工程。通過本工程的實踐，為北京地層條件下的盾構(gòu)施工先期舉行了有益的探究，并取得了一些典型地層條件下的施工閱歷，為后續(xù)盾構(gòu)隧道的施工供應(yīng)有益的參照。盾構(gòu)法在北京城區(qū)地鐵建設(shè)中的首次應(yīng)用獲得了遺憾勝利，倍受各界好評。 關(guān)鍵詞盾構(gòu)施工北京典型地層地表沉降特征 1工程與地質(zhì)概況 1.1工程概況 北京地鐵五號線工程是北京地鐵路網(wǎng)中一條重要的南北向軌道交通線路，南起豐臺區(qū)宋家莊站，北至昌平區(qū)的太平莊北站，全長27.7k

2、m，其中地下線14.88km，地下車站16座，其余為地面及高架線。線路呈南北走向穿越北京東單，所以又稱“東單南北線”。 北京地鐵五號線雍和宮站北新橋站張自忠站的區(qū)間隧道工程，全長約1500m，作為盾構(gòu)實驗段及南延工程先期開工建設(shè)。盾構(gòu)掘進施工由雍和宮站南端豎井始發(fā)，經(jīng)北新橋站址（該站未施工）實行直接掘進過站方式，至張自忠路站舉行盾構(gòu)接收與調(diào)頭施工。在全線范圍內(nèi)，本區(qū)段環(huán)境條件、地層條件較具代表性，同時盾構(gòu)法首次應(yīng)用于地鐵隧道施工。因此，工程的實施與發(fā)展備受關(guān)注。 本工程沿線地表環(huán)境復(fù)雜，主要穿越大片密集危舊民居區(qū)，年月久遠(yuǎn)的胡同，緊鄰?fù)瑸槟媳弊呦虻挠汉蛯m大街、東四北大街以及大量臨街商鋪，道路交

3、通流量大，商鋪生意繁忙，見圖1-1、圖1-2。 線路由雍和宮站向南，先沿雍和宮大街西側(cè)穿越民房區(qū)，再穿過雍和宮大街至東側(cè)民房區(qū)到達(dá)北新橋站，最后向南沿東四北大街東側(cè)穿越民房區(qū)至張自忠站。平面曲線最小半徑R=800m，豎曲線R=5000m，隧道覆土厚度1016m，線路最大坡度為22。 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計為單層預(yù)制裝配式管片襯砌，管片外徑6000mm，襯砌厚度300mm，管片分為6塊，管片間采用預(yù)制彈性密封橡膠圈防水。管片環(huán)類型分為三種：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左楔環(huán)與右楔環(huán)。管片環(huán)與環(huán)之間采用錯縫拼裝方式，管片之間采用彎螺栓銜接。 本工程采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機，直徑6.14m，具有鉸接裝置。面板式刀盤，開口率38%

4、。 1.2工程地質(zhì)概況 北京地鐵五號線盾構(gòu)實驗段及南延工程沿線地層從上到下主要有：人工填土層、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土層（夾粉質(zhì)粘土層-1、重粉質(zhì)粘土-2層。局部夾粉細(xì)砂透鏡體-3層）、粉細(xì)砂層、圓礫層（一般粒徑為520mm，最大粒徑為150mm，中粗砂填充，局部成為中粗砂-2透鏡體。該層中部或底部顆粒較粗成為卵石-3層，其粒徑一般為2080mm）、粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土層（含姜石，局部夾細(xì)砂透鏡體，夾粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土-1層和粘土-2層）、中粗砂層（含少量礫石，夾粉細(xì)砂-1層和粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土-2層）、卵石層（亞圓形，未風(fēng)化，一般粒徑為2080mm，最大粒徑為200mm，中粗砂或粘性土充填，局部地段顆粒

5、較細(xì)漸漸變?yōu)閳A礫或礫砂-1層）、粉質(zhì)粘土粘質(zhì)粉土層和卵石層（為亞圓形，為風(fēng)化微風(fēng)化，一般粒徑為2060mm，最大粒徑為180mm，中砂或粘性土充填，夾粗砂-1層）。 1.3水文地質(zhì)概況 隧道沿線地下水包括：上層滯水（儲藏于雜填土-1層，粘質(zhì)粉土素填土層和粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土層的孔隙之中，水位埋深為2.310.25m）、潛水（儲藏于粉細(xì)砂層，中粗砂-1層，砂礫-2層，圓礫層，中粗砂-2層卵石-3層的孔隙之中。局部地段潛水具有弱承壓性，水位高出含水層頂板0.52.8m）、承壓水（儲藏于中粗砂層，卵石層，粉細(xì)砂-2層、卵石層及其砂土夾層的孔隙中，水頭高出含水層頂板13m）。地下水對砼具有弱腐蝕性。 2本

6、區(qū)段工程特點分析 2.1地層的多樣性、典型性及具有代表性 北京地鐵五號線實驗段及南延工程沿線多種地層并存，按照隧道穿越的不同地層，沿線可劃分為三個地質(zhì)段，分離為粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層地質(zhì)段；粉細(xì)砂、圓礫及卵石層地質(zhì)段；粉細(xì)砂、中粗砂及圓礫地層地質(zhì)段。本區(qū)段所穿越的上述各類地層屬北京地區(qū)典型的地質(zhì)條件，在本區(qū)段集中分布三種不同地質(zhì)段體現(xiàn)了北京地區(qū)地層條件的多樣性，并具有一定的代表性。 2.2城區(qū)施工的復(fù)雜性 城區(qū)施工是地鐵建設(shè)難以回避的領(lǐng)域。本工程沿線地表環(huán)境復(fù)雜，主要穿越老城區(qū)，有大片密集危舊民居區(qū)，經(jīng)房屋鑒定，大多為危房；南北走向的雍和宮大街、北新橋地區(qū)以及東四北大街交通流量大，車流不暢；大量

7、臨街商鋪，商鋪生意繁忙。胡同狹窄密集，其中就有國子監(jiān)胡同等重點控制庇護地區(qū)。同時，地下管線密布，種類繁多。 北京老城區(qū)具有顯然特點： 1）危舊民居多為解放前或更早建筑，房屋基礎(chǔ)淺且連同墻體均為破裂磚頭堆砌。連結(jié)松散、易開裂，見圖2-1； 2）不明管線眾多，如排水管等，且無從查詢； 3）地下防空洞縱橫，積水嚴(yán)峻，部分坍塌廢棄； 4）居民院落自滲井較多，造成土體長期處于飽和狀態(tài)，致使隧道上覆地層條件惡化。 上述現(xiàn)狀增強了施工中的不決定因素，加大了施工難度及風(fēng)險。 2.3工程的重要性 本工程為奧運工程、北京市重點工程，備受社會各界關(guān)注。更為重要的是在施工的同時要保證沿線地表密集的居民區(qū)、繁忙道路的平

8、安，保證良好的社會生活秩序。城區(qū)環(huán)境對盾構(gòu)施工中的地層擾動及地表沉降反應(yīng)敏感，因此施工中如何加強控制，削減盾構(gòu)施工引起的地層擾動及地表沉降是施工中的重點。 3北京典型地層盾構(gòu)施工 3.1北京地區(qū)三種具有代表性的典型地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工 按照沿線地質(zhì)勘察報告，沿線可劃分為三個地質(zhì)段，分離為粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層地質(zhì)段；粉細(xì)砂、圓礫及卵石層地質(zhì)段；粉細(xì)砂、中粗砂及圓礫地層地質(zhì)段。 3.1.1粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層地質(zhì)段的掘進施工 該地質(zhì)段的土層從上至下的分布一般是雜填土層、粘質(zhì)粉土素填土層、粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層、中粗砂層，詳見圖3-1。 1）隧道穿越地層地質(zhì)條件在該地質(zhì)段中隧道穿越地層以粉質(zhì)

9、粘土、粘質(zhì)粉土為主，局部有中粗透鏡體砂夾層，上覆地層為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土層，潛水水位高出頂板23m，具有微弱呈壓性，承壓水水頭比隧道底高出約3m。此類地層土體密實度高，土中粘粒成分較多，具有無水時硬度大，遇水時粘度大的特點，土體有很好的自穩(wěn)能力。 2）掘進施工控制開挖面的平衡以及有效的地表沉降控制均較易實現(xiàn)，掘進過程中刀盤扭矩、推動速度及掘進系統(tǒng)的各項控制數(shù)據(jù)均處于合理高效狀態(tài)。沿線同步注漿壓力及注漿量較恒定。刀具磨損小。 3）易消失的問題在此類地層掘進時，粘性土較易附著于刀盤表面以及逼近中心區(qū)域的刀盤開口，造成切削效率降低，刀盤扭矩增大；切削土體進入土倉后也易附著于倉板表面，影響土壓傳感器的

10、數(shù)據(jù)的精確性。 4）主要施工技術(shù)措施在施工中，主要采用泡沫作為土體改良添加材料，在增強土體流淌性的同時，降低其粘著性，防止土體附著于刀盤或土倉內(nèi)壁。向螺旋輸送機內(nèi)注入適量的泡沫，增強土體的流淌性，減小土體的摩擦力，使土體能經(jīng)螺旋輸送機順當(dāng)排出。土體改良效果非常顯著。經(jīng)過改良后土體變的柔軟，而且粘度大大降低，土體的可排性得到增強。此類地層施工中在泡沫注入時，還應(yīng)按照出土的狀況、盾構(gòu)機掘進速度、刀盤扭矩等參數(shù)合理調(diào)節(jié)泡沫在泡沫注入管路中的分配和注入泡沫的位置，使刀盤前方、土倉內(nèi)和螺旋輸送機內(nèi)都能夠有適量的泡沫注入，才干使土體改良效果達(dá)到最佳，見圖3-2。 5）主要施工參數(shù)因為此段地層是在盾構(gòu)始發(fā)階段，考慮到地表的危房離始發(fā)豎井很近，而且正位于隧道上方，開頭時將土倉內(nèi)土壓力目標(biāo)值定得較高，在2.5bar左右。但在實際施工過程中，按照地表沉降監(jiān)測報告，發(fā)覺地表有輕微隆起，通過準(zhǔn)時修正土壓力目標(biāo)值，地表隆陷控制更為抱負(fù)，見圖3-3。刀盤扭矩一