论文部分内容阅读
中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：（2020）-02-225
1.工程概况
成都地铁5号线皇花园站～古柏站盾构区间由皇花园站始发后到达古柏站。区间单洞长1397.0m，线间距15.2m，纵断面为“V”字坡，最大纵坡坡度为28‰，顶部覆土均为8.75～18.16m。
区间需穿越大量民房群，受影响房屋126栋。
2.工程地质及水文地质
2.1工程地质
区间地层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml），其下为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）的中砂及卵石。盾构主要穿越地层为<2-9-3>中密卵石，卵石含量60%～70%，卵石粒径2～20Dm，含漂石，地层自上而下分别为杂填土、素填土、卵石土、稍密卵石、中密卵石。
2.2水文地质
场地卵石土层较厚，成层状分布，局部夹薄层砂，其间赋存有大量的孔隙潜水，水量较大、水位较高。地下水以卵石层中的孔隙潜水为主，含水量丰富，地下水埋深约5.3～5.9m，卵石层渗透系数较大，为强透水层。
3.工程重难点
3.1隧道開挖面稳定性
区间工程、水文地质情况复杂，开挖后自稳性差地面不均匀沉降，施工中可能会发生螺旋机喷涌或盾尾涌水涌砂，导致大量水土流失，若开挖面压力不足或螺旋输送机的排土量大于刀盘切削量，造成刀盘前上方产生较大空洞，从而引起地面沉降甚至塌陷。
3.2盾构土压平衡
砂卵石地层盾构机出土较难控制，因此盾构机土仓内土压平衡建立比较困难，地层易坍塌，且较难保持开挖面的稳定，螺旋输送机向外排出十分困难，容易造成砂卵石积仓，对盾构机的扰动较大，不利于盾构掘进参数的调整，因此，对盾构选型及渣土改良要求较高。
3.3长距离穿越建筑物群
区间需穿越大量砖混民房群，其中大部分民房基础薄弱，地基不稳，开挖后土层自稳性较差，盾构对周围土体产生扰动，会造成地面不均匀沉降，可能导致建筑物下沉，变形，裂缝，塌陷，个别房屋距离始发端头较近始发即穿越。
4.盾构前期施工准备
4.1盾构机选型
针对成都地区及本区间地质水文条件，充分考虑盾构机在砂卵石地层中掘进的适应性，对比盾构机刀盘开口率等参数，选取土压平衡盾构机，具体有以下特点：
（1）在掘进过程中，刀具的磨损形式以冲击磨损、切削磨损和二次磨损为主要特点，要求刀盘的刀具耐冲击、耐磨损。刀盘可安装足够数量的滚刀，同时又具有较大的开口率，以及与之匹配的螺旋机，保证刀盘掘进过程中碴土顺利进入土仓。
（2）在渣土改良点布置方面，在保证径向均匀布置的前提下，加强了中心区域的渣土改良点和冲洗口布置，提高中心区域的渣土流动性能，进而降低结泥饼的风险。
（3）盾构机的主轴承密封和盾尾密封具有良好的密封性。
4.2前期准备
（1）委托具有相关资质的单位对房屋进行安全性鉴定，编制《房屋安全性鉴定报告》。
（2）提前与建筑物相关产权单位或社区人员联系，取得产权单位与群众的支持。
（3）编制《现场应急处置方案》，对每-栋房屋进行分级，制定应急处置办法。
（4）对受影响房屋进行预加固。
4.3应急准备
（1）成立应急处置小组，对区间发生的险情进行统-处置。
（2）派专人对地表进行24h巡视，出现异常立即汇报。
（3）加强地表监测，由项目部监测、承包方监测及业主第三方对区间地面形成三重监测。
（4）将应急物资分段存放于区间各部位，并随盾构掘进里程移动。
5.关键技术
鉴于该区间地质条件的特殊性及长距离穿越大面积低矮民房群的特点，盾构掘进时地表沉降较难控制，且长距离穿越大面积低矮民房群对地表沉降较为敏感。因此，盾构掘进过程中必须采取关键的施工技术保证盾构安全高效的穿越。
5.1渣土改良
针对富水砂卵石地层特点，为保证渣土的和易性和流塑性，避免盾构掘进过程出现积仓结泥饼，有利于建立盾构土压平衡，减小盾构机刀盘磨损，更好的控制盾构掘进参数，本区间采用泡沫+膨润土改良渣土的方法。
具体参数为：
（1）泡沫原液比例：2%～5%;泡沫膨胀率：12%～15%;流量250～330L/min;
（2）膨润土注入量：添加量为出土量的10%-20%，膨润土宜采用钠基膨润土，膨润土配比：水：膨润土=1000kg：280kg，浆液稠度达到10左右;
（3）土仓加水根据地层含水量及出渣粘稠度调整，每环（1.5m）控制在2-3m3。
5.2推力控制
千斤顶的总推力大小取决于掘进时盾构机所受的阻力，略大于总阻力，且应小于盾构机的最大推力，防止推力过大造成避免刀盘扭矩过大，刀盘卡死。在穿越建筑物过程中推力控制在10000～15000KN，可以有效的进行掘进调整和控制，以便很好的控制沉降。
5.3刀盘扭矩控制
正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩，扭矩不可太大，不宜超过5000KN·m，当刀盘扭矩过大时，应该提高泡沫剂等的用量，也要通过降低掘进速度的措施，来保证刀具不被严重磨损。该地层中穿越民房扭矩控制在4000-5000KN·m。
5.5出土量控制
5.5.1出土量
在试推段施工参数的指导下，根据穿越地层的特点进行合理优化，土压力设定要考虑隧道上部土体损失和地面建构筑物的附加应力的影响。对每环的实际出土量和理论出土量进行比较，严格保证开挖面的土压平衡，减少对土体的扰动，防止超挖。 该区间理论出土量为56m3，在盾构施工过程中出土量较难控制，采取出渣方量体积和出渣重量双控模式，严格控制出渣量。
5.5.2土压力
正面平衡压力计算：
P=k0γh
式中P-平衡压力（包括地下水）;
γ-土体的平均重度（KN/m3）;
k0-土的侧向静止平衡压力系数，-般取0.6～0.8;
h-刀盘中心点处的埋深。
该地层中，盾构掘进对土仓压力要求较高，以保证盾构的安全穿越，土仓压力增高又会降低盾构掘进速度增加刀盘扭矩等，综上土压应控制在0.7-1.1bar之间。
5.6注浆控制
5.6.1同步注浆
同步注浆的注入量Q，通常按下式估算：
Q=V·a
式中Q-每环同步注浆量;
V-理论空隙量。
V=π4B（D21-D22）
式中B-管片宽度;
D1-盾构外径;
D2-管片外径;
a-注入率。
尤其富水砂卵石地层中，地层透水性较强，必须保证足量的浆液，并且对砂浆稠度和初凝时间要求较高，-般稠度控制在9-12，初凝时间控制在6h以内，具体参考表1。
5.6.2二次注浆
为防止掘进后的后期沉降及管片上浮，盾构洞内需进行二次补充注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力在0.2-0.4Mpa之间，稳压时间不小于30分钟。。
5.6.3地表跟踪注浆
除同步注浆和二次注浆，还应该做好地表跟踪注浆，盾构掘进完成后，根据地表监测情况，进行地表跟踪注浆，在沉降位置进行钻孔注浆，浆液通常为水泥浆，压力控制在0.5-1.0MPa，注浆过程中随时观察注浆压力变化及地表变化，防止压力过大造成地表隆起。
6.结语
富水砂卵石地层盾构长距离穿越建筑物群具有很高的危險性，因此，在盾构掘进前需要做好各项准备工作，包括物资设备、场地布置、应急处置等，掘进期间，确保各项技术到位。通过成都地铁5号线盾构区间的施工研究，摸索出了-套在富水砂卵石地层中穿建筑物群施工技术，保证合理的盾构的掘进参数，优化渣土改良、严控出土量及注浆质量等技术措施，就能有效地控制地表及建构筑物的沉降。
1.工程概况
成都地铁5号线皇花园站～古柏站盾构区间由皇花园站始发后到达古柏站。区间单洞长1397.0m，线间距15.2m，纵断面为“V”字坡，最大纵坡坡度为28‰，顶部覆土均为8.75～18.16m。
区间需穿越大量民房群，受影响房屋126栋。
2.工程地质及水文地质
2.1工程地质
区间地层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml），其下为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）的中砂及卵石。盾构主要穿越地层为<2-9-3>中密卵石，卵石含量60%～70%，卵石粒径2～20Dm，含漂石，地层自上而下分别为杂填土、素填土、卵石土、稍密卵石、中密卵石。
2.2水文地质
场地卵石土层较厚，成层状分布，局部夹薄层砂，其间赋存有大量的孔隙潜水，水量较大、水位较高。地下水以卵石层中的孔隙潜水为主，含水量丰富，地下水埋深约5.3～5.9m，卵石层渗透系数较大，为强透水层。
3.工程重难点
3.1隧道開挖面稳定性
区间工程、水文地质情况复杂，开挖后自稳性差地面不均匀沉降，施工中可能会发生螺旋机喷涌或盾尾涌水涌砂，导致大量水土流失，若开挖面压力不足或螺旋输送机的排土量大于刀盘切削量，造成刀盘前上方产生较大空洞，从而引起地面沉降甚至塌陷。
3.2盾构土压平衡
砂卵石地层盾构机出土较难控制，因此盾构机土仓内土压平衡建立比较困难，地层易坍塌，且较难保持开挖面的稳定，螺旋输送机向外排出十分困难，容易造成砂卵石积仓，对盾构机的扰动较大，不利于盾构掘进参数的调整，因此，对盾构选型及渣土改良要求较高。
3.3长距离穿越建筑物群
区间需穿越大量砖混民房群，其中大部分民房基础薄弱，地基不稳，开挖后土层自稳性较差，盾构对周围土体产生扰动，会造成地面不均匀沉降，可能导致建筑物下沉，变形，裂缝，塌陷，个别房屋距离始发端头较近始发即穿越。
4.盾构前期施工准备
4.1盾构机选型
针对成都地区及本区间地质水文条件，充分考虑盾构机在砂卵石地层中掘进的适应性，对比盾构机刀盘开口率等参数，选取土压平衡盾构机，具体有以下特点：
（1）在掘进过程中，刀具的磨损形式以冲击磨损、切削磨损和二次磨损为主要特点，要求刀盘的刀具耐冲击、耐磨损。刀盘可安装足够数量的滚刀，同时又具有较大的开口率，以及与之匹配的螺旋机，保证刀盘掘进过程中碴土顺利进入土仓。
（2）在渣土改良点布置方面，在保证径向均匀布置的前提下，加强了中心区域的渣土改良点和冲洗口布置，提高中心区域的渣土流动性能，进而降低结泥饼的风险。
（3）盾构机的主轴承密封和盾尾密封具有良好的密封性。
4.2前期准备
（1）委托具有相关资质的单位对房屋进行安全性鉴定，编制《房屋安全性鉴定报告》。
（2）提前与建筑物相关产权单位或社区人员联系，取得产权单位与群众的支持。
（3）编制《现场应急处置方案》，对每-栋房屋进行分级，制定应急处置办法。
（4）对受影响房屋进行预加固。
4.3应急准备
（1）成立应急处置小组，对区间发生的险情进行统-处置。
（2）派专人对地表进行24h巡视，出现异常立即汇报。
（3）加强地表监测，由项目部监测、承包方监测及业主第三方对区间地面形成三重监测。
（4）将应急物资分段存放于区间各部位，并随盾构掘进里程移动。
5.关键技术
鉴于该区间地质条件的特殊性及长距离穿越大面积低矮民房群的特点，盾构掘进时地表沉降较难控制，且长距离穿越大面积低矮民房群对地表沉降较为敏感。因此，盾构掘进过程中必须采取关键的施工技术保证盾构安全高效的穿越。
5.1渣土改良
针对富水砂卵石地层特点，为保证渣土的和易性和流塑性，避免盾构掘进过程出现积仓结泥饼，有利于建立盾构土压平衡，减小盾构机刀盘磨损，更好的控制盾构掘进参数，本区间采用泡沫+膨润土改良渣土的方法。
具体参数为：
（1）泡沫原液比例：2%～5%;泡沫膨胀率：12%～15%;流量250～330L/min;
（2）膨润土注入量：添加量为出土量的10%-20%，膨润土宜采用钠基膨润土，膨润土配比：水：膨润土=1000kg：280kg，浆液稠度达到10左右;
（3）土仓加水根据地层含水量及出渣粘稠度调整，每环（1.5m）控制在2-3m3。
5.2推力控制
千斤顶的总推力大小取决于掘进时盾构机所受的阻力，略大于总阻力，且应小于盾构机的最大推力，防止推力过大造成避免刀盘扭矩过大，刀盘卡死。在穿越建筑物过程中推力控制在10000～15000KN，可以有效的进行掘进调整和控制，以便很好的控制沉降。
5.3刀盘扭矩控制
正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩，扭矩不可太大，不宜超过5000KN·m，当刀盘扭矩过大时，应该提高泡沫剂等的用量，也要通过降低掘进速度的措施，来保证刀具不被严重磨损。该地层中穿越民房扭矩控制在4000-5000KN·m。
5.5出土量控制
5.5.1出土量
在试推段施工参数的指导下，根据穿越地层的特点进行合理优化，土压力设定要考虑隧道上部土体损失和地面建构筑物的附加应力的影响。对每环的实际出土量和理论出土量进行比较，严格保证开挖面的土压平衡，减少对土体的扰动，防止超挖。 该区间理论出土量为56m3，在盾构施工过程中出土量较难控制，采取出渣方量体积和出渣重量双控模式，严格控制出渣量。
5.5.2土压力
正面平衡压力计算：
P=k0γh
式中P-平衡压力（包括地下水）;
γ-土体的平均重度（KN/m3）;
k0-土的侧向静止平衡压力系数，-般取0.6～0.8;
h-刀盘中心点处的埋深。
该地层中，盾构掘进对土仓压力要求较高，以保证盾构的安全穿越，土仓压力增高又会降低盾构掘进速度增加刀盘扭矩等，综上土压应控制在0.7-1.1bar之间。
5.6注浆控制
5.6.1同步注浆
同步注浆的注入量Q，通常按下式估算：
Q=V·a
式中Q-每环同步注浆量;
V-理论空隙量。
V=π4B（D21-D22）
式中B-管片宽度;
D1-盾构外径;
D2-管片外径;
a-注入率。
尤其富水砂卵石地层中，地层透水性较强，必须保证足量的浆液，并且对砂浆稠度和初凝时间要求较高，-般稠度控制在9-12，初凝时间控制在6h以内，具体参考表1。
5.6.2二次注浆
为防止掘进后的后期沉降及管片上浮，盾构洞内需进行二次补充注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力在0.2-0.4Mpa之间，稳压时间不小于30分钟。。
5.6.3地表跟踪注浆
除同步注浆和二次注浆，还应该做好地表跟踪注浆，盾构掘进完成后，根据地表监测情况，进行地表跟踪注浆，在沉降位置进行钻孔注浆，浆液通常为水泥浆，压力控制在0.5-1.0MPa，注浆过程中随时观察注浆压力变化及地表变化，防止压力过大造成地表隆起。
6.结语
富水砂卵石地层盾构长距离穿越建筑物群具有很高的危險性，因此，在盾构掘进前需要做好各项准备工作，包括物资设备、场地布置、应急处置等，掘进期间，确保各项技术到位。通过成都地铁5号线盾构区间的施工研究，摸索出了-套在富水砂卵石地层中穿建筑物群施工技术，保证合理的盾构的掘进参数，优化渣土改良、严控出土量及注浆质量等技术措施，就能有效地控制地表及建构筑物的沉降。