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摘要：盾构在地铁区间的特殊地段施工，必须作好充足的施工准备和施工技术措施。本文结合广州市轨道交通十三号线一期工程（鱼珠至象颈岭段）施工九标的工程实施情况，针对该盾构隧道底通过砂层等特殊地段，提出相应的施工技术处理措施。
关键词：隧道施工；盾构施工；特殊地段；施工技术
1. 工程概况
本标段盾构区间左线全长2386.71延米，右线全长2929.71延米，双线总长5316.42延米，盾构区间附属工程主要包括联络通道5个（含废水泵房1个）、洞门8座。根据本工程岩土工程地质条件和周边环境表明，本标段隧道存在软弱地层、含水软岩以及软硬混合地层以及地面沉降等特殊地段。为此，对于这些特殊地段，本盾构施工时必须采取有针对性的技术处理措施，以有效地确保施工的安全性。
2. 隧道底为砂层地段处理措施
本标段盾构区间范围内砂层广泛分布，盾构隧道在官湖站西端约200m范围内存在<3-2>中粗砂层倾入隧道底的现象，为了有效地保证隧道在使用过程中的安全，根据砂层液化指数的判断，对局部液化段的隧道底部进行加固处理，加固处理措施采用在洞内用复合袖阀钢管注浆。
（1）反复注浆完成后，预留部分注浆钢套管以备后期运营时补充注浆用，其余的孔位封堵后拆除钢套管。预留孔位应考虑运营管线进行布置，具体位置由设计决定，道台混凝土浇筑时，预留注浆钢套管口应接管或切除使之与混凝土面齐平，预留钢套管示意图。封堵孔位的袖阀钢管留在土体及管片内，并注入高强浆液填满袖阀钢管，袖阀钢管与管片间用改性环氧树脂填充。
（2）采用复合袖阀钢管隧底注浆加固可有效解决隧底软弱地层液化的情况，但在隧道内施工要考虑防喷涌的问题。因此，复合袖阀钢管采用特制的，钢管底部为圆锥型的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内，钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。
（3）在盾构管片上按要求预埋孔径Φ49mm（内径净空），长度285mm的管片注浆套管作为注浆预留孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装一个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀；为加强保障，除了逆止阀，在注浆套管上方安装一个带多重止水橡胶的钢套管。袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止了管壁间涌水的可能。钢套管与管片注浆套管的构造
3. 隧道断面或隧道顶为砂层地段处理措施
根据对本标段盾构区间沿线地层的统计，左线盾构隧道穿越地层中共有6段累计约1170m长距离的<3-1>细砂和<3-2>中粗砂层分布在隧道拱顶部位。
盾构在砂质地层中掘进，因渣土改良困难，土压平衡模式难以建立，出土量难以控制，容易产生“喷涌”或结“泥饼”等不良现象，导致地表沉降塌陷、构筑物破坏或盾构机无法掘进等严重后果，直接影响工程的进度、安全和成本。因此，盾构通过该地段时必须从良好的碴土改良、合理选择掘进模式、土仓压力、刀盘转速、出土量控制、同步注浆等掘进参数、同步注浆、监控管理等方面进行综合控制才能确保盾构安全通过。本盾构通过砂层地段采用以下掘进技术措施：
（1）采用注入高分子材料以解决碴土改良难的问题。盾构在这种典型的上软下硬地层中掘进过程中既要防止喷涌、防止上部砂层塌陷，又要防止刀盘结泥饼。针对此问题，采取高分子和泡沫剂两种材料结合使用，注入到刀盘前方进行渣土改良。利用高分子材料迅速吸收砂层中的水分，使砂层流动性降低转变为塑性状，在掌子面形成一层泥膜稳定掌子面，达到有效建立土压平衡的目的，同时利用泡沫剂松散性能来减小土层粘性以达到预防结“泥饼”的目的。
（2）采用土压平衡掘进模式维持正面地层的稳定。在砂层等软弱地层掘进时，要维持掌子正面地层的稳定，关键是螺旋式输送机排土必须准确。掘进过程中，必须始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。在上部为<3-10>中砂，下部为<10-2>强风化地层中掘进，出土量是否超量是前方地层稳定与否的直观反映，在高分子、泡沫与水注入正常的情况下，每环的出土量一般为60～68m3，而在砂层中掘进时出土量往往偏大。
（3）合理的土倉压力对保证掌子面稳定、避免扰动砂层、提高掘进速度有很大的影响。在渣土改良正常的情况下，必须确保土仓内的压力略大于水头压力。当隧道中心埋深为16.0m，地下水位-1.5～-2.0m时，土仓的中土压应设定在150Kpa～170Kpa之间，同时将土仓压力变动幅度控制在20KPa之内，避免土压大起大落，对地层产生掘削扰动，以保证掌子面的稳定。
（4）降低刀盘转速以减少对地层的扰动。刀盘转速的快慢直接关系到盾构掘进对地层的扰动程度，也直接影响到掘进的速度。对于上软下硬地段的含砂地层，结合施工经验，通过砂层地段时，刀盘转速应尽量的放慢，宜控制在1.3～1.5rpm之间，在保证一定的掘进速度的情况下尽量减少刀盘对上部砂层的扰动。
（5）通过同步注浆填充盾壳与管片间的环形间隙，稳定隧道管片上方的土体，从而减少地层沉降的目的。在砂层中进行同步注浆量必须做到注浆的及时、足量、稳压，既不能因注浆量过少而造成地面大量沉降也不能因压力过大而击穿砂层，造成涌砂、涌水等事故的发生。为确保注浆量及注浆效果，注浆压力可以控制在0.3～0.5Mpa，注浆量每环不少于5.5m3，对于已经发生喷涌、沉陷的地段，注浆量应适当提高。
4. 在上软下硬地层中掘进处理措施
本标段盾构区间大部分掘进断面呈上软下硬，左右软硬不均形态。盾构在上软下硬的砂质地层中掘进时，为了控制沉降通常会保持高土压掘进，不但加剧对地层的扰动，且容易使刀盘和土仓产生泥饼、刀具偏磨、盾构机抬头等现象，当产生泥饼或刀具偏磨时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会下降，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。当出现盾构姿态抬头时，纠偏困难，容易导致隧道超限。在该段地层中掘进，盾构机采取的主要技术措施如下：
（1）在这种典型的上软下硬地层中掘进既要防止喷涌、防止上部砂层塌陷，又要防止刀盘结泥饼。因此，合理的高分子、泡沫、空气和水的注入是改良效果好坏的关键因素。在刀盘正面注入高分子材料，利用高分子材料的吸水性能，提高渣土的和易性，达到增塑、保压、防止喷涌的作用，保证出渣正常。同时注入适量的泡沫，利用泡沫的润滑性能，减少渣土的粘结性，提高流动性，防止泥饼问题产生。
（2）严格进行土仓压力、出土量管理，控制地面沉降。在添加高分子材料后，控制土仓压力及出土量是达到有效控制地面沉降的最关键的因素。根据添加高分子材料进行盾构施工的实例反映，与本工程类似地层的沉降可控制在+10～-10范围内，可以满足盾构沉降控制的要求。
（3）在刀盘外周配置边缘滚刀、超挖刀，保证足够的开挖洞径，并通过调整千斤顶分区油压、合理选型管片等措施来控制盾构姿态。盾构掘进时适当加快刀盘转速，立足于靠道具切削岩土，避免出现磨刀现象。
5. 盾构近距离通过建筑物群处理措施
本标段沿线两侧有大量的商铺、民房、工厂等建筑，建筑物密集且距离隧道较近，应给予重视。在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当差异沉降过大，建筑物就有可能遭到破坏。对桩基础建筑物，施工对建筑物的影响则主要是由于地层横向变形引起桩基偏斜和由于地层松驰塑性变形而使桩基承载力降低，进而引起建筑物的沉降或倾斜变形。特别是当桩基距隧道较近或桩基处在塑性区内时，变形将导致桩基承载力的较大幅度的降低。因此，对桩基础建筑的保护主要是对处于塑性区的桩基加以适当保护。本工程采取如下处理措施：
（1）选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及房屋倾斜观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降；同时也应防止地面由于切口水压过大引起地表隆起。
（2）加强对盾构掘进中的工况管理，严防由于泥饼生成或喷涌，导致在建（构）筑物下出现较大沉降。向土仓中加入高分子等添加材料，提高渣土的塑性和流动性，保障渣土改良的顺畅。
（3）在盾构施工到达该段前，与房屋主建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。施工前要进一步调查建（构）筑物的详细情况，以便采取可靠的保护方案。
（4）预备好钻机、压水泵和双液注浆泵，一旦出现因地层失水引起地表沉降较大，立即采取相应措施从地表向地层补充注水，以保证正常的地下水位，从而减小地表沉降。必要时可从地表进行注浆止水和加固来控制地层沉降。
6. 结论
本文结合广州市轨道交通十三号线一期工程（鱼珠至象颈岭段）施工九标的工程实施情况，针对该盾构隧道底通过砂层等特殊地段，提出相应的施工技术处理措施。经工程实践表明，本工程对于这些地段所采取的技术措施具有较明显的安全性以及经济效益性，可为解决这些地段施工提供较好的参考实例。
参考文献：
[1]赵自强．特殊地段的盾构施工技术措施[J]．西部探矿工程，2006，23（09）：31-33．
[2]钟志全，杨自华．特殊地段的泥水盾构施工[J]．建筑机械化，2007，26（08）：101-103．
[3]周志强，钟显奇，宋金良，等．广州地区盾构施工风险及控制技术要点[J]．隧道建设，2010，21（05）：293-294．
关键词：隧道施工；盾构施工；特殊地段；施工技术
1. 工程概况
本标段盾构区间左线全长2386.71延米，右线全长2929.71延米，双线总长5316.42延米，盾构区间附属工程主要包括联络通道5个（含废水泵房1个）、洞门8座。根据本工程岩土工程地质条件和周边环境表明，本标段隧道存在软弱地层、含水软岩以及软硬混合地层以及地面沉降等特殊地段。为此，对于这些特殊地段，本盾构施工时必须采取有针对性的技术处理措施，以有效地确保施工的安全性。
2. 隧道底为砂层地段处理措施
本标段盾构区间范围内砂层广泛分布，盾构隧道在官湖站西端约200m范围内存在<3-2>中粗砂层倾入隧道底的现象，为了有效地保证隧道在使用过程中的安全，根据砂层液化指数的判断，对局部液化段的隧道底部进行加固处理，加固处理措施采用在洞内用复合袖阀钢管注浆。
（1）反复注浆完成后，预留部分注浆钢套管以备后期运营时补充注浆用，其余的孔位封堵后拆除钢套管。预留孔位应考虑运营管线进行布置，具体位置由设计决定，道台混凝土浇筑时，预留注浆钢套管口应接管或切除使之与混凝土面齐平，预留钢套管示意图。封堵孔位的袖阀钢管留在土体及管片内，并注入高强浆液填满袖阀钢管，袖阀钢管与管片间用改性环氧树脂填充。
（2）采用复合袖阀钢管隧底注浆加固可有效解决隧底软弱地层液化的情况，但在隧道内施工要考虑防喷涌的问题。因此，复合袖阀钢管采用特制的，钢管底部为圆锥型的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内，钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。
（3）在盾构管片上按要求预埋孔径Φ49mm（内径净空），长度285mm的管片注浆套管作为注浆预留孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装一个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀；为加强保障，除了逆止阀，在注浆套管上方安装一个带多重止水橡胶的钢套管。袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止了管壁间涌水的可能。钢套管与管片注浆套管的构造
3. 隧道断面或隧道顶为砂层地段处理措施
根据对本标段盾构区间沿线地层的统计，左线盾构隧道穿越地层中共有6段累计约1170m长距离的<3-1>细砂和<3-2>中粗砂层分布在隧道拱顶部位。
盾构在砂质地层中掘进，因渣土改良困难，土压平衡模式难以建立，出土量难以控制，容易产生“喷涌”或结“泥饼”等不良现象，导致地表沉降塌陷、构筑物破坏或盾构机无法掘进等严重后果，直接影响工程的进度、安全和成本。因此，盾构通过该地段时必须从良好的碴土改良、合理选择掘进模式、土仓压力、刀盘转速、出土量控制、同步注浆等掘进参数、同步注浆、监控管理等方面进行综合控制才能确保盾构安全通过。本盾构通过砂层地段采用以下掘进技术措施：
（1）采用注入高分子材料以解决碴土改良难的问题。盾构在这种典型的上软下硬地层中掘进过程中既要防止喷涌、防止上部砂层塌陷，又要防止刀盘结泥饼。针对此问题，采取高分子和泡沫剂两种材料结合使用，注入到刀盘前方进行渣土改良。利用高分子材料迅速吸收砂层中的水分，使砂层流动性降低转变为塑性状，在掌子面形成一层泥膜稳定掌子面，达到有效建立土压平衡的目的，同时利用泡沫剂松散性能来减小土层粘性以达到预防结“泥饼”的目的。
（2）采用土压平衡掘进模式维持正面地层的稳定。在砂层等软弱地层掘进时，要维持掌子正面地层的稳定，关键是螺旋式输送机排土必须准确。掘进过程中，必须始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。在上部为<3-10>中砂，下部为<10-2>强风化地层中掘进，出土量是否超量是前方地层稳定与否的直观反映，在高分子、泡沫与水注入正常的情况下，每环的出土量一般为60～68m3，而在砂层中掘进时出土量往往偏大。
（3）合理的土倉压力对保证掌子面稳定、避免扰动砂层、提高掘进速度有很大的影响。在渣土改良正常的情况下，必须确保土仓内的压力略大于水头压力。当隧道中心埋深为16.0m，地下水位-1.5～-2.0m时，土仓的中土压应设定在150Kpa～170Kpa之间，同时将土仓压力变动幅度控制在20KPa之内，避免土压大起大落，对地层产生掘削扰动，以保证掌子面的稳定。
（4）降低刀盘转速以减少对地层的扰动。刀盘转速的快慢直接关系到盾构掘进对地层的扰动程度，也直接影响到掘进的速度。对于上软下硬地段的含砂地层，结合施工经验，通过砂层地段时，刀盘转速应尽量的放慢，宜控制在1.3～1.5rpm之间，在保证一定的掘进速度的情况下尽量减少刀盘对上部砂层的扰动。
（5）通过同步注浆填充盾壳与管片间的环形间隙，稳定隧道管片上方的土体，从而减少地层沉降的目的。在砂层中进行同步注浆量必须做到注浆的及时、足量、稳压，既不能因注浆量过少而造成地面大量沉降也不能因压力过大而击穿砂层，造成涌砂、涌水等事故的发生。为确保注浆量及注浆效果，注浆压力可以控制在0.3～0.5Mpa，注浆量每环不少于5.5m3，对于已经发生喷涌、沉陷的地段，注浆量应适当提高。
4. 在上软下硬地层中掘进处理措施
本标段盾构区间大部分掘进断面呈上软下硬，左右软硬不均形态。盾构在上软下硬的砂质地层中掘进时，为了控制沉降通常会保持高土压掘进，不但加剧对地层的扰动，且容易使刀盘和土仓产生泥饼、刀具偏磨、盾构机抬头等现象，当产生泥饼或刀具偏磨时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会下降，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。当出现盾构姿态抬头时，纠偏困难，容易导致隧道超限。在该段地层中掘进，盾构机采取的主要技术措施如下：
（1）在这种典型的上软下硬地层中掘进既要防止喷涌、防止上部砂层塌陷，又要防止刀盘结泥饼。因此，合理的高分子、泡沫、空气和水的注入是改良效果好坏的关键因素。在刀盘正面注入高分子材料，利用高分子材料的吸水性能，提高渣土的和易性，达到增塑、保压、防止喷涌的作用，保证出渣正常。同时注入适量的泡沫，利用泡沫的润滑性能，减少渣土的粘结性，提高流动性，防止泥饼问题产生。
（2）严格进行土仓压力、出土量管理，控制地面沉降。在添加高分子材料后，控制土仓压力及出土量是达到有效控制地面沉降的最关键的因素。根据添加高分子材料进行盾构施工的实例反映，与本工程类似地层的沉降可控制在+10～-10范围内，可以满足盾构沉降控制的要求。
（3）在刀盘外周配置边缘滚刀、超挖刀，保证足够的开挖洞径，并通过调整千斤顶分区油压、合理选型管片等措施来控制盾构姿态。盾构掘进时适当加快刀盘转速，立足于靠道具切削岩土，避免出现磨刀现象。
5. 盾构近距离通过建筑物群处理措施
本标段沿线两侧有大量的商铺、民房、工厂等建筑，建筑物密集且距离隧道较近，应给予重视。在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当差异沉降过大，建筑物就有可能遭到破坏。对桩基础建筑物，施工对建筑物的影响则主要是由于地层横向变形引起桩基偏斜和由于地层松驰塑性变形而使桩基承载力降低，进而引起建筑物的沉降或倾斜变形。特别是当桩基距隧道较近或桩基处在塑性区内时，变形将导致桩基承载力的较大幅度的降低。因此，对桩基础建筑的保护主要是对处于塑性区的桩基加以适当保护。本工程采取如下处理措施：
（1）选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及房屋倾斜观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降；同时也应防止地面由于切口水压过大引起地表隆起。
（2）加强对盾构掘进中的工况管理，严防由于泥饼生成或喷涌，导致在建（构）筑物下出现较大沉降。向土仓中加入高分子等添加材料，提高渣土的塑性和流动性，保障渣土改良的顺畅。
（3）在盾构施工到达该段前，与房屋主建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。施工前要进一步调查建（构）筑物的详细情况，以便采取可靠的保护方案。
（4）预备好钻机、压水泵和双液注浆泵，一旦出现因地层失水引起地表沉降较大，立即采取相应措施从地表向地层补充注水，以保证正常的地下水位，从而减小地表沉降。必要时可从地表进行注浆止水和加固来控制地层沉降。
6. 结论
本文结合广州市轨道交通十三号线一期工程（鱼珠至象颈岭段）施工九标的工程实施情况，针对该盾构隧道底通过砂层等特殊地段，提出相应的施工技术处理措施。经工程实践表明，本工程对于这些地段所采取的技术措施具有较明显的安全性以及经济效益性，可为解决这些地段施工提供较好的参考实例。
参考文献：
[1]赵自强．特殊地段的盾构施工技术措施[J]．西部探矿工程，2006，23（09）：31-33．
[2]钟志全，杨自华．特殊地段的泥水盾构施工[J]．建筑机械化，2007，26（08）：101-103．
[3]周志强，钟显奇，宋金良，等．广州地区盾构施工风险及控制技术要点[J]．隧道建设，2010，21（05）：293-294．