淺談盾構(gòu)在富水粉砂地層進(jìn)出洞施工中常見的問題

1、    淺談盾構(gòu)在富水粉砂地層進(jìn)出洞施工中常見的問題    周海斌摘要：盾構(gòu)在富水粉砂地層進(jìn)、出洞施工中如果不采取一定的技術(shù)措施，很容易出現(xiàn)隧道噴涌，盾構(gòu)姿態(tài)難控制等問題。本文以某地鐵施工問題探討了其進(jìn)出洞采取的控制措施。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；富水粉砂地層；進(jìn)、出洞中圖分類號：u455文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a一、盾構(gòu)工程概況某市地鐵一期工程土建九標(biāo)段a站b站區(qū)間單線長度為914.943m，最大坡度25；隧道內(nèi)徑5400mm，管片外徑6000mm、管片環(huán)寬1200mm。本工程采用的盾構(gòu)機(jī)是適合本工程地質(zhì)特征的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，具有土壓平衡功能，能有效控制地表沉降，破巖機(jī)理

2、明確，能有效掘進(jìn)，刀盤結(jié)構(gòu)和刀具布置設(shè)計合理，具有超前地質(zhì)鉆探功能和預(yù)注漿的能力。a站b站區(qū)間地處h河漫灘地區(qū)，盾構(gòu)區(qū)間穿越的地層主要為稍密的2層粉砂和中密的3層中砂，局部為中密的3t2層粉砂。3層中砂、3t2層粉砂呈中-低壓縮性，具有一定承載力，但極易擾動，擾動后強(qiáng)度將會明顯降低；而且3層中砂層為微承壓含水層，水頭高度5.3m5.6m富水性較好，開挖面極不穩(wěn)定。二、盾構(gòu)在富水粉砂地層進(jìn)、出洞的施工問題（一）施工問題1、易形成噴涌，導(dǎo)致地面塌方、建（構(gòu)）筑物開裂損壞由于富水砂層含水量豐富，滲透性好，且受擾動后易液化，因此土壓平衡盾構(gòu)在富水砂層中掘進(jìn)很容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，一方面，需用大量時間進(jìn)行盾

3、尾清理，嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工進(jìn)度，另外，大量泥砂噴出或砂遇水液化，均易引起地層沉降，從而最終導(dǎo)致地面建（構(gòu)）筑物沉降變形，甚至損壞。造成噴涌的原因多種多樣，但無論何種原因，噴涌的發(fā)生都必須同時具備以下條件：具有足夠高水頭壓力的充足水源。水的來源主要有兩個，即掌子面和盾構(gòu)后方的匯水通道；開挖下來的渣土本身不具有止水性，即滲透性好，這造成在螺旋輸送器內(nèi)無法形成土塞效應(yīng)，導(dǎo)致高壓力的水體穿越土倉和輸送器形成集中滲流，并帶動渣土顆粒一起運(yùn)動；滲流水在輸送至螺旋輸送器出口的一瞬間，由于其水頭壓力還沒有遞減到零，且前方是臨空的隧道內(nèi)部處于無壓狀態(tài)，帶壓的滲流水便攜帶砂土噴涌而出。2、地面沉降難以控制一旦發(fā)生噴

4、涌現(xiàn)象，地面沉降肯定會很大，即使沒有發(fā)生噴涌，控制地面沉降還是非常困難，主要原因是：（1）砂層自身自穩(wěn)性差，而刀盤開挖直徑比盾體外徑一般大200mm左右，從刀盤開挖到注漿填充這需要一段較長時間，這期間不可避免產(chǎn)生砂層沉降；（2）掘進(jìn)過程中，不可避免要造成砂層失水，且一定會對砂層產(chǎn)生擾動，這都會導(dǎo)致砂層產(chǎn)生沉降。若沉降控制不好，極易造成地面塌方、建（構(gòu)）筑物損壞。（二）產(chǎn)生風(fēng)險的原因（1）洞口土體加固質(zhì)量不好，強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計或施工要求而產(chǎn)生塌方，或者加固不均勻，隔水效果差，造成漏水、漏泥現(xiàn)象。（2）在鑿除洞門混凝土或拔除封門鋼板樁后，盾構(gòu)未及時靠上土體，使正面土體失去支護(hù)，造成塌方。（3）洞門密

5、封裝置安裝不好，止水橡膠簾布內(nèi)翻，造成水土流失。洞門密封裝置強(qiáng)度不夠，經(jīng)不起較高的土壓力，受擠壓破壞而失效。（4）盾構(gòu)外殼上有突出的注漿管等物體，使密封受到影響。（5）進(jìn)洞時未能及時安裝好洞圈鋼板。（6）進(jìn)洞時土壓力未及時下調(diào)，致使洞門裝置被頂壞，井外大量土體塌入井內(nèi)。三、富水粉砂地層進(jìn)、出洞施工預(yù)控措施（一）洞門土體加固本工程采用凍結(jié)法加固,可以采取延長凍結(jié)時間,使加固土體達(dá)到均質(zhì)性的要求和有效控制加固土體的加固質(zhì)量。同時可以通過測溫孔量測溫度和測量去路、回路鹽水的溫差,確定加固體的凍結(jié)情況。采用水平加豎直相結(jié)合的凍結(jié)方法可以有效的減小隧道底部承壓水縱向涌、漏水通道。故進(jìn)洞土體加固采用凍結(jié)法

6、加固更安全。根據(jù)重液公式、彈性固定板、經(jīng)驗公式、凍土力學(xué)以及輔以有限元進(jìn)行分析計算,盾構(gòu)進(jìn)洞設(shè)計采用三排凍結(jié)孔,孔間距0.8m,排間距1.0m插花布孔,凍結(jié)壁平均溫度可按-14.0,有效厚度可達(dá)到2.8m。凍結(jié)壁厚度2.8m,按有限元結(jié)構(gòu)分析和日本經(jīng)驗公式計算、洞口周邊加固土體抗剪計算或彈性固定板計算,均能滿足強(qiáng)度、剛度要求。（二）縱向滲漏水通道封堵縱向滲漏水通道封堵,是盾構(gòu)進(jìn)洞施工的關(guān)鍵。在以往的施工中主要以二次進(jìn)洞進(jìn)行間隙封堵,采用該方法時,進(jìn)洞時間長,盾構(gòu)二次進(jìn)洞過程中可能對硬化后的漿體造成破壞而造成較大風(fēng)險;同時雙液漿進(jìn)人尾刷,將造成尾刷失去彈性。該方法會增長凍結(jié)機(jī)組的使用時間,后期融

7、沉大；經(jīng)分析通過壓注油溶性聚氨脂形成瓶塞,可以起到較好的封堵縱向滲漏水通道的作用。聚氨脂發(fā)泡后與盾構(gòu)機(jī)形成柔性接觸,在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中不易損壞且在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中可在盾殼外周同步注入聚氨酯,不但可以節(jié)約2-3天的施工時間,而且比二次進(jìn)洞更經(jīng)濟(jì)。（三）盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞前100米時,選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，逐漸放慢掘進(jìn)速度，控制在20mm/min以下，推力逐漸降低，緩慢均勻地切削洞口土體，以確保到達(dá)端墻的穩(wěn)定和防止地層坍塌，同時加強(qiáng)洞內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的測量。加快信息反饋。加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測，及時反饋信息以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。1、土壓控制正常掘進(jìn)理想土壓為0.110.13mpa,考慮到土壓與刀

8、盤扭矩成正比關(guān)系，在進(jìn)洞掘進(jìn)段，在保證地面沉降的前提下，土壓力要降到最低，特別是在最后幾環(huán)，避免引起土體擾動。2、掘進(jìn)速度與推力的控制在進(jìn)洞段，推力要減小，一般控制600010000kn，掘進(jìn)速度也要減小，速度一般控制在1015mm/min。3、刀盤參數(shù)控制進(jìn)洞段刀盤的轉(zhuǎn)速控制在 0.81.2r/min，扭矩控制在20003000kn·m，扭矩可以通過土體改良調(diào)整，刀盤貫入度調(diào)整為1015mm/r。4、土體改良泡沫的調(diào)整：泡沫溶液組成，泡沫劑加到3%以上，水調(diào)整到97%以下，最終泡沫調(diào)整到90%95%的壓縮空氣，與5%10%泡沫溶液。5、注漿參數(shù)控制根據(jù)前期施工經(jīng)驗選擇最優(yōu)

9、的注漿材料配合比、加大注漿量、縮短凝固時間，注漿壓力選擇，注漿壓力要高于此處土體的靜水壓力和土壓力。6、盾構(gòu)姿態(tài)控制盾構(gòu)姿態(tài)包括推進(jìn)坡度、平面方向和自身的轉(zhuǎn)角三個參數(shù)，影響姿態(tài)的因素有，出土量的多少，覆土厚度，推進(jìn)時盾殼周圍的注漿情況、開挖面土層的分布情況，推進(jìn)油缸作用力的分布情況等。（四）盾構(gòu)機(jī)完全出洞、洞口雙液注漿封堵完成洞內(nèi)雙液注漿封堵后，立即進(jìn)行盾構(gòu)的推進(jìn)及剩余管片的拼裝，直至盾構(gòu)完全落上接收架。盾構(gòu)完全進(jìn)洞、脫離簾幕后，末出現(xiàn)漏水、漏砂現(xiàn)象。在盾構(gòu)到達(dá)的最后5環(huán)內(nèi)停止了同步注漿，為了填充盾構(gòu)與加固土體間的間隙及完全地隔斷加固土體與管片問的通道，需進(jìn)行洞門處雙液注漿封堵。封堵措施：用帶有注漿孔的弧形鋼板將洞圈鋼環(huán)和管片端面預(yù)埋鋼板焊接成一個整體，通過壓注雙液漿的方式，將洞門處的到達(dá)環(huán)與車站的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個整體；完成弧形鋼板注漿后，往洞內(nèi)到達(dá)段管片的吊裝孔和弧形鋼板的注漿孔壓注雙液漿，壓漿要分多次間隔注入，注漿中遵循先下部、后上部的原則，使加固的漿液逐漸向上擴(kuò)展，避免死角，待前期的漿液凝固收縮后最后進(jìn)行洞頂處的漿液壓注，以此達(dá)到將間隙填充密實的效果，保證加固區(qū)段的管片與加固區(qū)土體成為一個封閉的防水體系。通過以上