复合地层条件下盾构穿越房屋群及河流沉降控制技术焦发旺

复合地层条件下盾构穿越房屋群及河流沉降控制技术焦发旺

焦发旺

佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山528000

摘要：结合地铁隧道盾构施工，阐述了复合地层中土压平衡盾构穿越房屋群及河流施工的主要技术难点和重点，对此必须采取切实有效的施工对策，以保证把地表沉降值控制到最低范围之内。

关键词：土压平衡；盾构；复合地层；越房屋群；穿越河流；关键技术

随着国际国内不断扩大的城市规模,急剧增长的人口数量,许多城市的交通变得十分的拥堵，进而影响了人们的正常生活。为此，许多城市,积极发展地下轨道交通。当前,北京、上海、广州、成都等城市已开通大批地下轨道交通，同时还有相当数量的在建地下轨道交通枢纽。这从一定程度上缓解了城市的交通压力，同时，这些地下轨道交通枢纽在盾构穿越一些复合地层地区时,必然会对地面上的房屋群和河流产生特别大的影响,而最大的影响就是地表沉降问题。为此,需要对这些沉降现象进行剖析,并采取特定的有效措施。

一、明确地表最大沉降值

在施工前，首先明确地表最大沉降值。这就需要前期的地质勘探、调查取证分析等。

二、对沉降的预测分析

不可少的步骤之一，有了准确了预测，才能制定出有效的对策。

三、沉降控制

1、预加固地面房屋群、河流及换刀点

预加固是在地面房屋群、河流及换刀点都应进行。根据工程线路经过地区房屋群与作业掘进过程中的前期下沉分析,对前期预测沉降很严重的地区进行房屋基础的局部或者全部进行注浆加固,使房屋地基在经过注浆之后,其最大承载力和整体稳定性得到显著的提升,减少甚至是避免由于盾构作业施工引起的基础的不均匀而下沉。同时，也可以在地面向房屋群的基础下方添置一定数量的注浆管,这样在作业掘进过程中,根据测量信息及反馈的资料信息,及时的跟踪注浆。

2、准确设计盾构机作业掘进参数、准确设计拼装管片，从而达到减小沉降的目的。盾构作业施工开始前,依据经验,按照不同的地层结构设置精准的作业掘进参数。首先是设置精准的土压力,在土压力设置过程中,需要利用地表检测到的有效数据信息相应的改变土压力；其次,设计好推进的速度,经过前期的调查,确定好区间内的每一个小分段的推进速度,并确保每环的出土量在允许的范围之内,把对地层的扰动降到最低。有了前期的预测沉降,接下来需要更进一步的补勘,对一些特殊路段第二次进行详尽的勘探,然后根据地质特征制定出相应的作业掘进方案,并对可能会出现的紧急清孔做好应急预案。同时，设计好盾构机械的管片安装。在管片安装前,每一片每一环的首尾间歇都要进行检测,以保证间隙值在设计允许的范围之内。

3、严格执行盾构作业掘进参数

严格执行盾构作业掘进参数，一旦盾构作业掘进速度过快或者土压过大,都会对土体产生扰动,进而引起过大的沉降。所以必须根据前期已经设计好的盾构参数,在实际作业时，严格按照设计值进行作业掘进。盾构的作业掘进情况与土压力、千斤顶的总推力、总扭矩以及出土速度等都相关,设计的盾构参数是结合沉降控制标准而确定的,因此应严格按照设计值来运行。

4、准确控制盾构机作业掘进速度

准确控制盾构机作业掘进速度，且保持推进速度的恒定，把推进过程中的偏差降低到最小。盾构机在穿越房屋群物及河流下部时,应务必降低推进速度。

5、同步注浆

同步注浆，适合盾构机作业掘进通过复合地层区间时，以保证施工时对房屋群的沉降和能够经过同步注浆进行一个消减甚至抵消。但是,在同步注浆时,如果注浆压力过大,管片外的土层将会受到注入的浆液的扰动影响,在施工后期，将会发生很大的后期沉降。相反，如果注浆的压力不够,浆液填充速度将会很慢,而且填充不够充分,空隙的存在，同时会使地表变形增大；浆液在注入前,还要保证能有相当的强度,通过对浆液配合比合理设置,确保浆液通过管道灌入之后,可以在6-8小时内出现初凝。

6、进行二次补浆操作

施工过程中，进行二次补浆，这种情况一般发生在管片脱落盾尾五片以上的时候，一般此时的注浆量为首次的30%左右。

7、规范施工管理

必须加强施工作业现场的管理，保证施工进程顺利推进。

8、24小时监测

监测的范围很广，包括工艺监测、注浆参数监测、河流断面监测、油压、温度监测、施工区管线监测等等。同时利用数据分析技术，对收集到的信息数据进行详尽的分析，并反馈给工程指挥中心，以利于及时修正工程掘进策略。

9、盾构隧道穿越河流施工应对措施

假如某标段穿越河流分别为某某水渠、某某河,一共两条。其中某某水渠的穿越范围为2+650-2+810,是某市重要的供水设施,具备正向和反向输水的能力。隧洞距离渠道底板大概11.5m。某河的穿越范围为3+233-3+265,河底距离盾构区间洞顶大概6m。盾构区间施工时,如果没有采取针对性的一些加固措施,很有可能会使周围土层松动和土体流失,进一步发生涌水、涌砂的情况,导致碴土含水量的增加,螺旋输送机发生喷涌、盾尾漏浆、铰接处漏水、河底大面积塌陷等等一系列问题,属于重大风险源,社会敏感度很高。针对本工程河涌底下的地质条件情况以及覆土厚度,拟采用主动保护措施进行施工,在盾构掘进至河流前,对盾构机进行检修,避免中间停机、漏浆或注浆系统堵管等情况发生,保证盾构能够连续匀速推进。盾构施工时严格控制作业掘进参数,确保开挖面稳定,匀速通过。土仓压力根据覆土性质、厚度确定,并结合出土量、地表沉降情况适时调整。通过在盾构管片注浆孔中打设一定长度的注浆管深入地层中,向盾构施工引起的拱顶松动地层进行压浆加固,浆液采用水泥-水玻璃双液浆。防止因地层失水而造成地面大面积沉降,同时注意控制注浆压力,采取对称注浆的方法.具体措施如下:

1）穿越前的准备工作

根据地质地勘院提供的详勘资料,过河段地质情况说明不够充分。应施工方施工需要及委托,地勘院对穿越溪江河道部位的地貌、地层、岩性,地质构造和水文地质条件进行了补充勘察,摸清河道部位第一手的水文地质资料。同时，对河涌周围地面上设深层沉降测点,配合相关管理部门做好沉降信息化监测控制。最后，为确保盾构机顺利穿越河涌,穿越前必须对机械,电气设备等进行检修,尤其是重点检查盾尾密封、中体与盾尾铰接处的密封的止水效果,确保盾构机的工作状态良好。

2）合理设置土压力值,严格控制出土量

项目部将从盾构始发起,对土压力值进行严格的控制,并结合环境监测数据对土压力值进行调整。对由于盾构在河道底部穿越时其上部覆土厚度与穿越前后有所变化,故需要重新计算设置土压力,并结合实际监测数据调整,进行信息化施工。

3）降低推进速度,控制总推力

盾构机在穿越河道时,宜采取较低的速度推进。严格控制千斤顶总推力,减少土层扰动,以免顶破河底土体。

4）调整好盾构姿态,减少纠偏次数及纠偏量

在穿越推进过程中,连续测量盾构机的姿态偏差,盾构机司机根据偏差及时调整盾构机的推进方向,尽可能减少纠偏,特别是要杜绝大量值纠偏,减少土体的扰动,从而保证盾构机平稳地从河道下方穿越。

5）优化砂浆配比,合理设定注浆量及注浆压力

在穿越施工前,施工方制作浆液试块,并对浆液的性能指标进行测试,性能指标包括稠度、初凝值、泌水率、抗压强度、比重。在穿越过程中,施工方也将每班对浆液取样测试,并根据实际注浆效果,对浆液配比进行调整优化,缩短浆液凝胶时间、确保浆液质量。根据以往经验,施工方初定穿越时注浆量为理论建筑空隙120%,并根据实际情况做适当调整,以保证河道土体的稳定。注浆压力小于0.3Mpa,以免应压力过大而击穿河底土体,导致与隧道上部土体贯通,涌水通过土体进入盾构施工区。

5）严防盾尾漏水

盾构机采用三道盾尾钢丝密封刷,能有效防止盾尾透水。掘进中加强盾尾密封油脂的注入,确保盾尾密封油脂压力不小于3.5Bar；加强中体与盾尾铰接处的密封检查,及时调节密封压板螺栓,保证其密封效果,防止地下水涌入。控制好管片姿态,居中拼装,防止盾构建筑空隙过大形成透水通道,必要时在管片外侧粘贴海绵用于止水,封堵管片与盾构间的间隙。采取上述措施后,基本可控制盾尾渗漏。如果盾尾发生渗漏,则从管片注浆孔压注聚氨酯,形成环圈,封闭涌水通道。

6）加强施工质量,提高隧道自防水能力

在河底段掘进时加强盾构掘进姿态控制及管片选型,加强螺栓复紧和盾尾间隙控制,减小管片错台、裂缝、漏水,保证较好的隧道线形,提高隧道防水质量。

7）土体改良

结束语

综上所述，当盾构机在穿越房屋群及河流复杂地层段时，应采用相对应的应对措施。以此，盾构机正常、顺利作业掘进的同时，地表沉降值也能控制在最小的范围之内。

参考文献

[1]唐劲松,刘一华.浅谈盾构机穿越房屋群及河流地层问题与思考[D].四川水泥,2013(3):261-266.

[2]周磊西,朱体.分析土压平衡盾构穿越房屋群及河流地层的问题及解决对策[Q].建筑工程技术与设计,2014(11):3307-3307.