基于徐州市黏土地層及上土下巖復(fù)合地層的盾構(gòu)施工技術(shù)

關(guān)鍵詞：徐州地區(qū);盾構(gòu)黏土層施工;盾構(gòu)上土下巖復(fù)合地層施工;掘進(jìn)參數(shù)近年來，徐州地區(qū)跟隨地鐵建設(shè)的浪潮，大力進(jìn)行地鐵建設(shè)施工，目前徐州地區(qū)3條地鐵線路相繼進(jìn)行施工，尤其是盾構(gòu)隧道，占區(qū)間總數(shù)的70%，盾構(gòu)工法因其施工速度快、對周圍環(huán)境影響小、機(jī)械化程度高等優(yōu)勢地鐵隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。在總結(jié)本標(biāo)段兩條盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為后期同樣地層及類似地層施工提供施工掘進(jìn)參數(shù)等施工經(jīng)驗(yàn)，確保掘進(jìn)盾構(gòu)姿態(tài)，保證土體改良效果，管片拼裝質(zhì)量，及成型隧道偏差。1工程概況兩區(qū)間隧道線路縱坡設(shè)計(jì)為“人”型坡，左右線最大縱坡為5‰。隧道拱頂覆土7.2～10.95m。隧道襯砌為鋼筋混凝土管片，一環(huán)管片包括3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊、1塊封頂塊，錯(cuò)縫拼裝，為滿足小半徑平面曲線擬合要求，避免擬合誤差超過超出規(guī)范允許的拼裝誤差要求，允許個(gè)別環(huán)通縫拼裝。鋼筋混凝土管片設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，抗?jié)B等級為P10。本標(biāo)段兩區(qū)間均穿越5-3-4黏土層（褐黃色、硬塑、中等壓縮性，土質(zhì)不均勻，含鐵錳結(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核，干強(qiáng)度高、韌性高）及上方為5-3-4黏土層，下部為10-5-3中風(fēng)化石灰?guī)r（巖石強(qiáng)度高達(dá)80MPa）的復(fù)合地層。掘進(jìn)施工中盾構(gòu)姿態(tài)較難控制，而且對刀盤刀具的損壞也是很嚴(yán)重的，必要時(shí)需要進(jìn)行帶壓開倉換刀作業(yè)。在5-3-4黏土層中掘進(jìn)刀盤易結(jié)泥餅，嚴(yán)重影響土體改良，大大減小了出土效率，影響了施工工期。2盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的確定是通過掘進(jìn)實(shí)踐驗(yàn)證其合理性，由理論計(jì)算后再通過實(shí)踐進(jìn)行修正。因此，我們在始發(fā)段地質(zhì)條件下選擇了具有代表性的地層斷面來計(jì)算掘進(jìn)參數(shù)。我們選擇了兩個(gè)典型斷面，作為土壓平衡模式掘進(jìn)參數(shù)的計(jì)算斷面。一是選取盾尾完全進(jìn)入洞門時(shí)刀盤所處位置，此時(shí)也恰好處于上軟下硬地層中;二是選取盾構(gòu)掘進(jìn)100環(huán)時(shí)刀盤所處位置，此時(shí)盾構(gòu)處于均一地層中。通過理論計(jì)算結(jié)合我項(xiàng)目部以往的盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)始發(fā)前我們擬定了如下表的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。根據(jù)上表掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)姿態(tài)控制在水平偏差控制在-30～20mm范圍內(nèi)，高程偏差控制在-38～35mm范圍內(nèi)，成型管片隧道高程合格率100%，其數(shù)值在-30mm～+11mm范圍內(nèi)，其隧道平面合格率100%，其數(shù)值在-29mm～+25mm范圍內(nèi);盾構(gòu)姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達(dá)到較高水平。在約110m的上土下巖隧道掘進(jìn)過程中，積極控制掘進(jìn)速度，同時(shí)根據(jù)出土情況查看掌子面巖石情況，確定巖石量及巖石性質(zhì)，以便更好的反饋盾構(gòu)掘進(jìn)。并加強(qiáng)施工監(jiān)測，加強(qiáng)同步注漿漿液質(zhì)量及注漿壓力和注漿量，根據(jù)監(jiān)測情況及時(shí)對沉降部位進(jìn)行二次注漿充填間隙，避免繼續(xù)沉降。根據(jù)上表掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)姿態(tài)控制在水平偏差控制在-32～24mm范圍內(nèi)，高程偏差控制在-39～36mm范圍內(nèi)，成型管片隧道高程合格率100%，其數(shù)值在-28mm～+13mm范圍內(nèi)，其隧道平面合格率100%，其數(shù)值在-26mm～+23mm范圍內(nèi);盾構(gòu)姿態(tài)及隧道偏差滿足要求且達(dá)到較高水平。3渣土改良區(qū)間穿越老黏土層<5-3-4>過程中，其主要特征：（1）土體粘度大，易結(jié)泥餅;（2）改良材料不易進(jìn)入切削下來的土體內(nèi)部將其改良成流塑性渣土;（3）螺旋機(jī)口容易堵;（4）皮帶易打滑。泡沫注入通道共18路（6路位于刀盤，4路位于土倉內(nèi)壁，8路位于螺旋輸送機(jī)），在前期掘進(jìn)的時(shí)候渣土改良環(huán)節(jié)中無法達(dá)到理想的狀態(tài)，出來的渣土比較稀，泡沫使用量比較大，同時(shí)渣土出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，嚴(yán)重浪費(fèi)泡沫，增加成本，后調(diào)整渣土改良參數(shù)，左線掘進(jìn)出土基本順暢，從目前狀況來看，前100環(huán)盾構(gòu)掘進(jìn)渣土改良效果均良好。改良參數(shù)：原液比例3%，發(fā)泡率：10-18，每環(huán)用量：50-60L;輔助措施：視情況在土倉內(nèi)間斷性加水及膨潤土;出渣情況：出渣流暢;4管片拼裝拼裝過程中出現(xiàn)個(gè)別破碎，個(gè)別錯(cuò)臺問題，分析原因有以下幾點(diǎn)：（1）盾尾間隙不均勻，上半部間隙偏小，盾構(gòu)調(diào)整姿態(tài)時(shí)，盾尾容易刮到管片，管片受壓，導(dǎo)致管片局部受力不均，容易造成管片破損;（2）管線遷改進(jìn)度緩慢，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)長時(shí)間停機(jī)，發(fā)生整體沉降;（3）上下油缸行程差過大，導(dǎo)致管片徑向受力產(chǎn)生分力較大，容易導(dǎo)致管片錯(cuò)臺、破損;（4）同步注漿量和注漿壓力控制不合理;（5）施工過程中盾尾沒有定時(shí)清理，堆積泥漿，管片拼裝時(shí)影響管片成形，推進(jìn)過程中這些雜物也可能刮到管片，導(dǎo)致管片拼裝質(zhì)量較差，嚴(yán)重的容易造成管片破損。針對以上分析原因，我項(xiàng)目部就盾構(gòu)施現(xiàn)場存在問題采取了以下措施：（1）盾構(gòu)值班技術(shù)員每環(huán)管片拼裝完成必須測量盾尾間隙，并告知盾構(gòu)司機(jī)和拼裝手，以便提前糾正、調(diào)整。（2）盾構(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)員，在盾構(gòu)掘進(jìn)和管片選型上要嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，要有超前意識，控制好各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對有問題的指標(biāo)要提前糾偏。（3）盾構(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)員要定期檢查盾尾情況，對盾尾雜物要及時(shí)組織施工班組清理。（4）同步注漿要求注漿量和注漿壓力雙控，注漿量控制在4.5～5方/環(huán)，注漿壓力控制在2～3bar。（5）測量人員要保證每天監(jiān)測一次管片姿態(tài)，并形成書面文字對盾構(gòu)司機(jī)和值班技術(shù)員進(jìn)行交底。堅(jiān)持監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集，并做有效的對比，掌握不同地層條件下管片姿態(tài)變化情況，以便為后續(xù)施工做參考。（6）管片在現(xiàn)場安裝前仍要進(jìn)行一次檢查，在確認(rèn)管片質(zhì)量完好無缺和止水條粘結(jié)無脫落后，才允許安裝，管片拼裝成環(huán)時(shí)，其連接螺栓先逐片初步擰緊，脫出盾尾后再次擰緊。當(dāng)后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至每環(huán)管片拼裝之前，對相鄰已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。5監(jiān)測分析為研究盾構(gòu)施工對地表沉降的影響，以地表某一沉降點(diǎn)為例，根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)前后過程，其監(jiān)測點(diǎn)沉降變化，分析沉降原因，并根據(jù)沉降情況判斷是否采取注漿等措施;盾構(gòu)施工引起的隧道上方地表位移沿盾構(gòu)前進(jìn)方向可以分為5個(gè)不同的區(qū)段：1—初始沉降，這部分的沉降是由于盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)土體前方一定距離外壓密使孔隙比減小引起的;2—盾構(gòu)工作面前方的沉隆，這是由于正面土體受擠壓而向上隆起以及孔隙水壓力增加引起;3—盾構(gòu)通過時(shí)的沉降，這是由于土體擾動(dòng)和盾構(gòu)與土體之間的剪切錯(cuò)動(dòng)引起的;4—盾尾空隙沉降。這是由于土體脫離盾構(gòu)支撐后應(yīng)力釋放引起的;5—土體次固結(jié)沉降，這是由于土體擾動(dòng)，變形隨時(shí)間而增長引起的。從圖中可以看出，盾構(gòu)推進(jìn)過程中同一中線盾構(gòu)隧道拱頂上方產(chǎn)生的沉降最大，兩邊依次減小，沉降橫向分布曲線近視可用正態(tài)曲線進(jìn)行擬合。（2）地層沉降原因伴隨盾構(gòu)推進(jìn)一般會發(fā)生一定的地基變形，其發(fā)生原因可以分為以下幾點(diǎn)：a開挖面上的土水壓力不平衡導(dǎo)致開挖面失去穩(wěn)定性。此時(shí)，壓力艙壓力大于開挖面土壓力和水壓力時(shí)出現(xiàn)地基隆起，相反會出現(xiàn)地基沉降;b盾構(gòu)推進(jìn)對周圍土體的擾動(dòng)。盾構(gòu)殼板和土體的摩擦、以及土體的擾動(dòng)會引起地基隆起和沉降;c盾尾空隙的發(fā)生