富水软土地层土压平衡盾构机浅覆土、小净距接收关键技术

富水软土地层土压平衡盾构机浅覆土、小净距接收关键技术

张方 、谭仕波、杜天有、何自强、张景铭

中国建筑第四工程局有限公司  广东广州  510665

摘要：在城市化建设过程中，富水软土地层地质非常之多，因此采用土压平衡盾构机展开浅覆土、小净距接收关键技术展开施工非常有必要。本文中以天津地铁7号线外院附中站至喜峰道站盾构区间工程项目（以下简称A工程）为例，简单探讨了其盾构段施工技术要点，有效克服富水软土地层地质问题，科学合理应用土压平衡盾构机浅覆土、小净距接收关键技术内容。

关键词：轨道交通；富水软土地层；土压平衡盾构机；浅覆土；小净距接收

前言：

土压平衡盾构机在穿越浅覆土富水软土地层施工中，需要解决诸多风险问题，比如流沙喷涌、冒顶透水、隧道上浮等等风险。在结合风险问题展开分析，也要充分运用到浅覆土、小净距接收等关键技术内容，有效提高轨道软土地层施工安全与质量保障。

一、A工程的基本概况

A工程项目属于轨道交通工程，为单洞单线隧道，隧道结构内径5.9m、外径6.6m，左线1082m，右线1071m，线间距8.82m～133.39m，隧道结构顶部覆土厚度约5.22～14.23m,地层主要为粉质粘土层，采用盾构法施工。在盾构隧道施工过程中，需要分析其渗漏量较小。了解承载力较低且对于隧道施工所产生的直接影响问题。A工程所在施工现场为富水软土地层，且施工工艺中要大量采用到土压平衡盾构机，其中主要采用到了浅覆土、小净距接收关键技术。

二、A工程的施工难点与风险问题分析

A工程轨道交通项目中存在盾构区间隧道下穿自然河流情况，属于富水软土地层，其中的施工难点与风险问题是非常之多的。结合工程地质与水文情况展开分析，需要保证克服施工中的某些难点问题，正视其中的风险状况。大体来讲，还需要结合以下2点风险问题：

（一）盾构隧道覆土厚度施工风险问题

在A工程中，土压平衡盾构机在河底浅覆土施工中要分析受力作用，了解到在工作面挤压力合理作用下主动土压力、挤压力合力存在问题。在结合3种临界展开受力平衡状态分析过程中，还需要分析挤压力合力作用，了解受力平衡状态过程中，还需要盾构正面挤压力分析工作面主动动土压力内容，了解地面沉降明显变化，思考覆土塌陷情况。A工程中需要对后续工序所造成的沉降叠加问题进行分析，有效控制隧道总沉淀情况，如此对于后续工序所造成的沉降叠加问题十分严重，如此不利于A工程项目控制隧道总沉降，这就导致盾构施工控制难度加大。在分析前方覆土对顶裂产生裂缝过程中，还需要了解到盾构所导致的工程事故问题。

（二）富水软土地层底覆土施工风险问题

在富水软土地层底覆土施工中，需要了解到盾构隧道穿越过程中的粉质黏土层，在结合内摩擦角分析内聚力过程中，需要结合饱和中度分析最小压力问题。在结合盾构隧道覆土厚度分析调整盾构机安全推进机制过程中，也需要保证最小覆土调整到位，有效满足盾构机安全推进最小覆土调整到位，对河底加固效果相当明显[1]。

三、A工程盾构施工中的土压平衡盾构机浅覆土、小净距接收关键技术应用要点

在针对A工程中盾构施工展开操作，需要分析施工现场的富水软土层施工风险问题，合理使用浅覆土、小净距接收关键技术，以下主要结合关键技术讨论2点：

（一）流沙、喷涌以及建筑群透水防范措施

在A工程中，主要希望改良建筑群土层渣土，对地下水层含水量较高问题展开分析，有效解决渣土改良问题，在控制泡沫原液配合比基础上思考确保渣土整体流塑性有效调整。在推进过程中，还需要分析在土压平衡盾构机在推进过程中，分析注水量与渣土的体积比为1/10，泡沫混合液注入量与渣土的体积比为1/8，泡沫液的配合比为1.5％，即100L水加入1.5L泡沫剂，这样既可保证土仓渣土具有良好的和易性，又避免渣土因含水量过高喷涌和盾构出渣不顺的现象发生。当然，在姿态控制及土仓压力设定掘进过程中使其沿隧道轴线展开较小量的蛇形运动。按规范要求，盾构掘进中轴线的平面位置和高程其允许偏差为±50mm。出现偏差应逐步纠正（纠偏），不得过急过猛地纠正偏差。掘进过程中盾构机姿态偏差过大或纠偏过急，会造成人为管片环面受力严重不均，管片错台、开裂、漏水，同时会增大对周围土体扰动，造成建筑群土层沉降过大，导致盾构湖底冒顶透水。因此盾构进入建筑群土层后平稳掘进，严格控制盾构机的姿态,减少对盾构机姿态的纠偏，最大限度减少对于土体的扰动作用，保证排土量控制在90%以上。在A工程施工中，盾构直接穿越盾构冒顶风险最大位置，其重点工作内容就是设定土仓压力，结合土压总体方案保证土压总体施工展开欠压掘进操作。在保证河水不渗透到入刀盘工作面过程中，也需要保证覆土层最薄位置土仓压力控制在1.5bar以上。在盾构施工过程中，也需要保证小净距接收关键技术被合理化应用，有效控制管片上浮情况，调整盾构施工深度[2]。

（二）管片上浮控制措施

在A工程项目施工过程中，需要盾构机进入湖底前10环，将盾构机垂直姿态的前点下调到-3cm，后点保持在-2cm以内。要适当选择适当注浆方法隧道管片在含水地层中如同两端固定的弹簧梁，管片浸泡在盾构机掘进形成的“圆形坑道”内的“液体”之中，管片就会受到上浮的浮力。因此盾构机同步注浆时选择稠度较大、初凝时间短、早期强度高的单液硬性浆液或单液厚浆。并且将盾尾上部两条注浆管路流量调至最大，底部两条注浆管路以保证管路畅通为宜。即以1、4号管注浆为主，2、3号管为辅。保证每环同步注浆量，注浆量由原来3.5m3提高至5m3。当盾体通过后管片背后进行及时注浆，即管片脱出盾尾后采用人工对3、9点位以上管片注浆孔进行及时补注浆，浆液类型为单液浆。

在控制掘进速度盾构掘进速度控制30～40mm/min，确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。同时,每日掘进进尺也宜控制在10～15环，以便管片能被浆液充分固结稳定。

在台车通过的隧道管片（左、右下方）设置泄水孔进行泄水减压，泄水孔位置设置在管片的4、8点位下方的预留注浆孔处。管片预留注浆孔凿穿后泄水孔内压力较大，在泄水期间不断地监测管片姿态的变化情况，同时测量泄水压力、流量及流物情况，当管片姿态变化趋于稳定、同时补注浆的浆液从泄水孔中有少量流出时，即可封堵泄水孔[3]。

总结：

    综上所述，需要结合A工程项目施工后的隧道向上偏离轴线设计高程，思考平面轴线变化问题，有效调整盾构长度，分析转弯半径并将其控制在650m范围内。在了解盾构施工范围允许范围为5m过程中，也需要采取湖底冒顶透水施工操作，思考隧道上浮方面的预期施工效果。在盾构施工过程中，需要了解推进操作方面的小净距接收、浅覆土施工到位，有效调整轴线偏差问题，控制地面沉降问题。而在施工中也需要隧道安全影响问题，确保采用二次补注浆方式对管片注浆孔内实施双向注浆。同时，在控制管片上浮过程中也要结合工程实例展开分析，合理采用土压平衡盾构机来确保管片拼装质量提升，有效控制富水层管片上浮情况，对富水地层管片上浮问题进行有效调整，如此提高工程施工质量，避免出现盾构冒顶或者喷涌事故风险问题。客观讲，本文中所了解的盾构施工关键技术是具有极高实用价值的，它对于提高地铁交通施工建设水平，优化丰富施工技术内容帮助极大。

参考文献：

[1] 刘阳,王凡,赵星星. 小净距下穿地铁运营线盾构接收施工技术研究[J]. 中国水能及电气化,2021(3):8-15.

[2] 赵伯明,王潇,王子珺. 考虑施工角度影响的盾构施工地表变形计算方法[J]. 中国铁道科学,2022,43(4):41-52.

[3] 吉力此且,路军富,王国义. 大粒径卵石地层土压平衡盾构施工的渣土改良[J]. 城市轨道交通研究,2022,25(8):126-131.