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摘要：盾构穿越软土地层施工时，存在地表沉降、盾构机冒顶透水、流砂喷涌等风险，本文以土压平衡盾构机穿越软土地层施工为例，介绍了其所采取的的施工技术，望对类似地质盾构施工有所帮助。
关键词：软土地层；盾构；注浆；土体加固
一、工程概况
某市地铁二号线某双线圆型盾构隧道区间，隧道内径5400mm，采用2台土压平衡式盾构机分左右线掘进施工，隧道衬砌采用直径6m的预制钢筋混凝土管片。隧道最小覆土厚度为6m，最大覆土厚度为27m，区间地质情况为：区间隧道地基土在50m深度范围内均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原相沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。区间隧道掘进主要在第②层灰色砂质粉土、第④层灰色淤泥质粘土与第⑤层灰色粘土之中。第②层灰色砂质粉土易发生涌水、流砂等事故，并引起开挖面失稳和地面沉降，严重时会随着地层空洞的扩大引起地面的突然塌陷；第④层与第⑤层为高含水量、高压缩性、低强度土层，该两层土具有明显的触变性，在一定的动力作用下易发生流变，破坏土体结构，使土体强度突降。
二、穿越软土地层的盾构施工技术
（一）洞门始发段施工技术
1、洞门段土体加固技术
采用深层搅拌桩与压密劈裂注浆相结合的办法对隧道周边3m，进洞端长3.5m，出洞端6m范围内进行地层加固。深层搅拌桩水泥掺量12%，注浆采用1∶1水泥、水玻璃双液浆。地层加固一个月后，地面钻孔取芯进行28天抗压实验，试件无侧限抗压强度应不小于0.8MPa。
2、盾构始发掘进参数控制
盾构始发时，应适当降低总推力及刀盘的扭矩，但必须保持住土仓压力。为了防止盾构脱离始发基座后的“叩头”现象及避免地表沉降量过大，最好应使土仓压力略高于前方土体压力。同时，应尽量减小各推进油缸的行程差。
3、始发安全技术措施
为防止盾构出洞后端头井外侧地表沉陷，届时根据实际情况，拟准备在盾构前舱填充泡沫板，约22m3。盾构出洞后待盾构大刀盘前尖突接触土体，要求盾构在加固层掘进时，应由经验丰富的盾构司机进行操作，要求操作过程中对刀盘切削时加水量、大刀盘转速，千斤顶油压及掘进速度等应随时调整。盾构机出洞时，应密切观察盾构机推力与后盾结构受力情况，保证后盾结构的安全，如发现结构变形，应立即采取加固措施。测量复核实际盾构机中心坐标与设计的偏差，及时纠正、复位。
4、端头井外设置降水井
由于出洞处大部分为②层灰色砂质粉土，含水量较高，易发生涌水、流砂事故，为了保证出洞安全，考虑在端头井外设置降水井。广场站南端头井管线比较多，降水需考虑对管线的影响，根据监测返回数据控制抽水量，适当进行预降水，使管线区于稳定状态。洞门打开时观测情况，如涌水较多，及时进行降水。
（二）区间施工技术
区间自35环后进入流塑状淤泥质软土地层，为减小沉降，项目部除优化盾构推进参数之外，逐步加大了注浆量，同时控制好注浆压力。
1、优化盾构推进参数
盾构推进至淤泥质软土之后，盾构机总推力增大，原先主要的推进参数设定为土压力0.19Mpa，推进速度3cm/min，刀盘转速1rpm/min。为了减小沉降，项目部首先对推进参数进行了优化，并根据沉降监测数据及时反馈调整，以期获得满意的效果。
合理选择土压力。理论上讲，土压平衡盾构挤土会引起地面隆起和深层土体向远离隧道的方向移动。一方面地面隆起可以部分抵消后期沉降，另一方面，土体受到挤压后土体会变密实，在盾尾通过的瞬间，会减少隧道周围土体向空隙处的塌落，使同步注浆得以顺利进行，从而减小了土体损失的产生。因此，为了增大开挖面支护压力，项目部将土压力调整为0.22Mpa，使隆起控制在3mm以内，但是实际效果并非如此。在盾构轴线1.5米处布设了3个断面，每个断面又布设了3个监测点，经沉降观测，切口处隆起约3mm，盾尾单日沉降约6mm，累计沉降约为10～12mm。主要原因是土压力增大之后，对土体的扰动也相应增大，特别是对敏感性较强的淤泥质软土，要想控制沉降，必须尽可能减少对土体的扰动，否则不仅不能减小沉降，相反会增大。最后经分析土压设定为0.18Mpa，在此土压力条件下的沉降相对较小而且比较稳定。
适当降低推进速度。土压平衡盾构推进速度应与出土量、开挖面土压力值以及同步注浆相协调。原先的推进速度控制在2.8～3.0cm/min。进入软土地层后，我们将推进速度降低至2.0cm/min，其目的仍然是尽可能减少对土体的扰动，从而达到控制沉降的目的。对比不同推进速度下的沉降值，我们发现，适当降低推进速度有利于减小沉降。
2、同步注浆
管片脱出盾尾后，在管片与土体之间将产生建筑空隙。若注浆不及时，土体很快就塌落到建筑空隙里去，沉降量可达12mm左右。因此，同步注浆是控制地表沉降的重要手段之一。施工采用双液浆（A液：水泥+膨润土+稳定剂；B液：水玻璃）。浆液具有初凝快，混合后一小时的抗压强度可达到0.06～1MPa。一般情况下，双液浆的注浆压力设定值为0.3MPa。在土质较硬时，注浆压力在0.3～0.5MPa；在土质较软时，注浆压力在0.2～0.3MPa左右。注漿压力不宜过高，否则会对地层产生较大的扰动，增加后期沉降，还会使管片螺栓发生塑流，甚至损坏管片。注浆采用注浆量控制方式。注浆充填率一般在150%左右，注浆充填率为实际注浆量与建筑空隙体积的比值，本工程理论注浆量为4.02m3，实际注浆量约为6m3。
（三）盾构到达二次环状密封
在盾构到达时则采用二次密封，其形式如图1所示。
在距离洞门约500mm位置设置第一道密封，该密封采用两道5mm钢板在洞门钢环内焊接为环状，环宽150mm，环高220mm，两块环状钢板焊接时搭接100mm，环状钢板上部50mm部位环向每隔50mm切割3mm间隙，两环环状钢板在靠洞门方向加焊筋板，焊接完毕在两环环状钢板间填充高密海绵，这样就形成了一个环状密封带，在这里我们暂且把这种密封称为环状密封。
在焊接环状密封的同时，从洞门口至环状密封预留注浆管，用于在盾构到达时泄漏的应急预案，注浆管型号、数量及球阀规格由施工单位结合地质情况及端头加固情况进行机动确定。环状密封及布置如图1所示。
图1 图2
当盾构空推通过环状密封时（此时洞门已凿除完毕），环状密封会与盾构壳体、槽壁间形成一个腔室，在这里称为腔1，此时若发生泄漏可同时通过预留注浆管向腔1内注浆或聚氨酯（成本高）进行封堵，若不发生泄漏则建议继续向前推进。盾构通过环状密封如图2所示。
在盾构空推上接收架的过程中，若盾构壳体通过洞门时不发生泄漏则把盾构主机全部推出洞门，进行后序工作。若在盾壳通过洞门时发生泄漏，则停止推进把预安装在洞门钢环上的环形插板推向盾壳，与盾壳进行焊接，这样就形成了第二道密封。第二道密封由环形插板、盾壳、环状密封与钢环共同形成一个腔室，这里称为腔2，这时可通过腔2的预留注浆管向腔2进行注浆或注入聚氨酯进行泄漏封堵。对腔2进行封堵的同时，可对管片进行二次注浆，待不再泄漏时，继续向前推进盾构直至完全上架。
结束语
盾构在穿越软土地段时，应采取的施工技术有：采用土压平衡模式掘进；洞门段注意土体加固；始发段采取安全技术；盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象；选择合理的掘进参数，快速通过，将施工对地层的影响减到最小；适当缩短浆液胶凝时间保证同步注浆质量，减少地层损失，以控制地表沉降；在盾构到达时采用洞门密封技术。
参考文献
[1]王文军.盾构法隧道施工穿越淤泥质软土地层控制沉降技术探讨[J].价值工程， 2010年25期.
[2]冉团伟.土压平衡盾构穿越浅覆土富水软土地层施工技术[J]. 城市建设，2013年13期.
关键词：软土地层；盾构；注浆；土体加固
一、工程概况
某市地铁二号线某双线圆型盾构隧道区间，隧道内径5400mm，采用2台土压平衡式盾构机分左右线掘进施工，隧道衬砌采用直径6m的预制钢筋混凝土管片。隧道最小覆土厚度为6m，最大覆土厚度为27m，区间地质情况为：区间隧道地基土在50m深度范围内均为第四纪松散沉积物，属第四系滨海平原相沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。区间隧道掘进主要在第②层灰色砂质粉土、第④层灰色淤泥质粘土与第⑤层灰色粘土之中。第②层灰色砂质粉土易发生涌水、流砂等事故，并引起开挖面失稳和地面沉降，严重时会随着地层空洞的扩大引起地面的突然塌陷；第④层与第⑤层为高含水量、高压缩性、低强度土层，该两层土具有明显的触变性，在一定的动力作用下易发生流变，破坏土体结构，使土体强度突降。
二、穿越软土地层的盾构施工技术
（一）洞门始发段施工技术
1、洞门段土体加固技术
采用深层搅拌桩与压密劈裂注浆相结合的办法对隧道周边3m，进洞端长3.5m，出洞端6m范围内进行地层加固。深层搅拌桩水泥掺量12%，注浆采用1∶1水泥、水玻璃双液浆。地层加固一个月后，地面钻孔取芯进行28天抗压实验，试件无侧限抗压强度应不小于0.8MPa。
2、盾构始发掘进参数控制
盾构始发时，应适当降低总推力及刀盘的扭矩，但必须保持住土仓压力。为了防止盾构脱离始发基座后的“叩头”现象及避免地表沉降量过大，最好应使土仓压力略高于前方土体压力。同时，应尽量减小各推进油缸的行程差。
3、始发安全技术措施
为防止盾构出洞后端头井外侧地表沉陷，届时根据实际情况，拟准备在盾构前舱填充泡沫板，约22m3。盾构出洞后待盾构大刀盘前尖突接触土体，要求盾构在加固层掘进时，应由经验丰富的盾构司机进行操作，要求操作过程中对刀盘切削时加水量、大刀盘转速，千斤顶油压及掘进速度等应随时调整。盾构机出洞时，应密切观察盾构机推力与后盾结构受力情况，保证后盾结构的安全，如发现结构变形，应立即采取加固措施。测量复核实际盾构机中心坐标与设计的偏差，及时纠正、复位。
4、端头井外设置降水井
由于出洞处大部分为②层灰色砂质粉土，含水量较高，易发生涌水、流砂事故，为了保证出洞安全，考虑在端头井外设置降水井。广场站南端头井管线比较多，降水需考虑对管线的影响，根据监测返回数据控制抽水量，适当进行预降水，使管线区于稳定状态。洞门打开时观测情况，如涌水较多，及时进行降水。
（二）区间施工技术
区间自35环后进入流塑状淤泥质软土地层，为减小沉降，项目部除优化盾构推进参数之外，逐步加大了注浆量，同时控制好注浆压力。
1、优化盾构推进参数
盾构推进至淤泥质软土之后，盾构机总推力增大，原先主要的推进参数设定为土压力0.19Mpa，推进速度3cm/min，刀盘转速1rpm/min。为了减小沉降，项目部首先对推进参数进行了优化，并根据沉降监测数据及时反馈调整，以期获得满意的效果。
合理选择土压力。理论上讲，土压平衡盾构挤土会引起地面隆起和深层土体向远离隧道的方向移动。一方面地面隆起可以部分抵消后期沉降，另一方面，土体受到挤压后土体会变密实，在盾尾通过的瞬间，会减少隧道周围土体向空隙处的塌落，使同步注浆得以顺利进行，从而减小了土体损失的产生。因此，为了增大开挖面支护压力，项目部将土压力调整为0.22Mpa，使隆起控制在3mm以内，但是实际效果并非如此。在盾构轴线1.5米处布设了3个断面，每个断面又布设了3个监测点，经沉降观测，切口处隆起约3mm，盾尾单日沉降约6mm，累计沉降约为10～12mm。主要原因是土压力增大之后，对土体的扰动也相应增大，特别是对敏感性较强的淤泥质软土，要想控制沉降，必须尽可能减少对土体的扰动，否则不仅不能减小沉降，相反会增大。最后经分析土压设定为0.18Mpa，在此土压力条件下的沉降相对较小而且比较稳定。
适当降低推进速度。土压平衡盾构推进速度应与出土量、开挖面土压力值以及同步注浆相协调。原先的推进速度控制在2.8～3.0cm/min。进入软土地层后，我们将推进速度降低至2.0cm/min，其目的仍然是尽可能减少对土体的扰动，从而达到控制沉降的目的。对比不同推进速度下的沉降值，我们发现，适当降低推进速度有利于减小沉降。
2、同步注浆
管片脱出盾尾后，在管片与土体之间将产生建筑空隙。若注浆不及时，土体很快就塌落到建筑空隙里去，沉降量可达12mm左右。因此，同步注浆是控制地表沉降的重要手段之一。施工采用双液浆（A液：水泥+膨润土+稳定剂；B液：水玻璃）。浆液具有初凝快，混合后一小时的抗压强度可达到0.06～1MPa。一般情况下，双液浆的注浆压力设定值为0.3MPa。在土质较硬时，注浆压力在0.3～0.5MPa；在土质较软时，注浆压力在0.2～0.3MPa左右。注漿压力不宜过高，否则会对地层产生较大的扰动，增加后期沉降，还会使管片螺栓发生塑流，甚至损坏管片。注浆采用注浆量控制方式。注浆充填率一般在150%左右，注浆充填率为实际注浆量与建筑空隙体积的比值，本工程理论注浆量为4.02m3，实际注浆量约为6m3。
（三）盾构到达二次环状密封
在盾构到达时则采用二次密封，其形式如图1所示。
在距离洞门约500mm位置设置第一道密封，该密封采用两道5mm钢板在洞门钢环内焊接为环状，环宽150mm，环高220mm，两块环状钢板焊接时搭接100mm，环状钢板上部50mm部位环向每隔50mm切割3mm间隙，两环环状钢板在靠洞门方向加焊筋板，焊接完毕在两环环状钢板间填充高密海绵，这样就形成了一个环状密封带，在这里我们暂且把这种密封称为环状密封。
在焊接环状密封的同时，从洞门口至环状密封预留注浆管，用于在盾构到达时泄漏的应急预案，注浆管型号、数量及球阀规格由施工单位结合地质情况及端头加固情况进行机动确定。环状密封及布置如图1所示。
图1 图2
当盾构空推通过环状密封时（此时洞门已凿除完毕），环状密封会与盾构壳体、槽壁间形成一个腔室，在这里称为腔1，此时若发生泄漏可同时通过预留注浆管向腔1内注浆或聚氨酯（成本高）进行封堵，若不发生泄漏则建议继续向前推进。盾构通过环状密封如图2所示。
在盾构空推上接收架的过程中，若盾构壳体通过洞门时不发生泄漏则把盾构主机全部推出洞门，进行后序工作。若在盾壳通过洞门时发生泄漏，则停止推进把预安装在洞门钢环上的环形插板推向盾壳，与盾壳进行焊接，这样就形成了第二道密封。第二道密封由环形插板、盾壳、环状密封与钢环共同形成一个腔室，这里称为腔2，这时可通过腔2的预留注浆管向腔2进行注浆或注入聚氨酯进行泄漏封堵。对腔2进行封堵的同时，可对管片进行二次注浆，待不再泄漏时，继续向前推进盾构直至完全上架。
结束语
盾构在穿越软土地段时，应采取的施工技术有：采用土压平衡模式掘进；洞门段注意土体加固；始发段采取安全技术；盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象；选择合理的掘进参数，快速通过，将施工对地层的影响减到最小；适当缩短浆液胶凝时间保证同步注浆质量，减少地层损失，以控制地表沉降；在盾构到达时采用洞门密封技术。
参考文献
[1]王文军.盾构法隧道施工穿越淤泥质软土地层控制沉降技术探讨[J].价值工程， 2010年25期.
[2]冉团伟.土压平衡盾构穿越浅覆土富水软土地层施工技术[J]. 城市建设，2013年13期.