浅谈富水砂卵石地层中浅覆土盾构施工技术
龙浩
山东省青岛市崂山区科苑纬三路25号，中铁二十五局集团第
五工程有限公司，266000
摘要：长沙市轨道交通1号线黄土岭站～涂家冲站区间隧道基本处于全断面砂卵石中，地层稳定性较差，渗透系数大，其中左右线各有229m、237m长度距离隧道埋深不足6m，为浅覆土，覆土为砂卵石、粉质粘土、杂填土地质，参建各方经多方案比选，浅覆土段采用特定掘进参数结合洞内拱顶钢花管二次注浆的方式进行施工。
关键词：轨道交通浅覆土盾构掘进钢花管注浆
引言
长沙市轨道交通1号线一期工程土建施工第七标段，黄土岭站～涂家冲站盾构区间：左线路起、终点里程为ZDK22+518.458~ZDK23+105.2、右线路起、终点里程为YDK22+516.691~YDK23+105.2，左线全长572.441m（短链14.301m），右线全长581.520m(含短链6.989m)。区间覆土约为5.5m~11m。长沙地质属于富水砂卵石地层，且本区间左右线含长度约230m的浅覆土段，与我国兴建地铁的许多城市均不相同，可以借鉴的经验不多，传统的盾构施工方法是盾构掘进加同步注浆，然而在富水砂卵石地层中并不能保证土体的稳定性，施工不能满足质量安全要求，如果依照常规做法，可能会发生重大安全质量事故，本文中提出并现场实践的调整盾构掘进参数+同步注浆+拱顶钢花管注浆在富水砂卵石地层中的盾构施工技术，丰富和完善了长沙富水砂卵石地层中的盾构施工技术。
一、工程概况
(一)工程简介
长沙市轨道交通1号线黄土岭站～涂家冲站区间。黄涂区间左、右线隧道分别长572.441m、581.52m，为两条分修的单线隧道。区间线路出涂家冲站后沿芙蓉路向北进入黄土岭站。区间采用盾构法施工，采用两台盾构机分别从涂家冲站站内过站后，二次始发后继续向北掘进，在黄土岭站吊出过站。黄土岭站-涂家冲站区间浅覆土里程段为ZDK22+578.978～ZDK22+807.02、YDK22+582.551～YDK22+827。
图1：盾构区间施工示意图
(二)地质条件
黄涂区间场地从地貌上属湘江Ⅳ～Ⅴ级阶地，属典型的二元结构沉积地层，人工填土下伏湘江Ⅳ～Ⅴ级阶地的粉质粘土、卵石层、残积粉质粘土，下伏基岩为白垩系神皇山组（Ks）紫红色泥质砂岩类及第三系枣市组（Ez）紫红色砾岩类，地层分布较简单，层面较平缓，覆盖层厚度15.50～29.15m ，局部大于50m，基岩埋深较浅。场地无膨胀土分布，粘性土及风化岩均具有一定的崩解性，潜水含水层薄，地下水总不丰富，大气降水为主要补给来源，基岩物质组成中含砂量变化较大，总体基岩裂隙水贫乏，局部可能富集；场地内的地层主要为：人工填土<1-2-1>、<1-2-2>、第四系中更新统冲积层<2-1>、<2-1-1>、<2-1-2>、<3-1>、<3-6>、<3-8>、<3-9>、残积层<5-1>及白垩系砂岩类、第三系砾岩类。
图2：地质断面图
(三)水文条件
本区间没有地表水系经过，地势较高，远高于湘江水面标高，地下水位受湘江水域影响较小。勘察场地地下水的环境类型为I类，勘察场地地下水类型分为第四系松散层中的孔隙潜水、强～中风化基岩裂隙水及岩溶水，局部分布赋存于人工填土、粘性土中的上层滞水。场地内隧道大部分地段穿越卵石层且上覆地层为多为土层，地下水丰富，施工中可能会发生涌水、涌砂、甚至造成局部坍塌等工程危害。
勘察期间，本区间场地初见地下水位埋深1.00～8.70m，相对标高为60.82～70.21m；潜水稳定水位埋深2.00～8.60m，相地标高为60.92～69.21m；基岩裂隙水稳定水位埋深为10.58～
13.20m，相对标高56.52～57.11m。
二、方案选择
黄涂区间浅覆土段处于全断面砂卵石层浅埋地段，隧道范围内土体土质疏松，含沙量大，并呈流体状态，围岩自稳性差，在盾构掘进施工中容易造成、涌水、涌砂引起开挖面坍方或隧道冒顶的情况，引起地面沉降，造成建筑物的裂缝、倾斜、倒塌、变形等。在这种安全风险较大的情况下，普通的盾构施工掘进工艺不能满足质量安全要求，各参建单位对盾构在浅覆土段的施工工艺进行论证和修改。
采用修改盾构掘进参数+同步注浆+拱顶钢花管注浆等措施综合作用为盾构穿越浅覆土地层提供保障。
三、施工工艺流程及要点
(一)施工流程
无土体松散、无空洞试验段掘进盾构掘进
雷达探测确定参数
图3：施工流程图
(二)施工要点
1.雷达探测
邀请有资质的检测单位对隧道覆土较浅地质进行雷达探测，检查土体是否疏松、含有空洞等情况，根据探测的地质情况，采取相应的施工措施，必要时进行地面加固，根据检测结果显示浅覆土段土体无松散，无空洞，无需对土体进行地面加固。
2.试验段掘进
在浅覆土段前100m （左线里程ZDK 22+578.978 ，右线起里程YDK 22+582.551）进行试验段掘进，以确定浅覆土段施工的掘进参数、注浆配合比及参数、渣土改良参数，经过100m 试验段的施工得到以下参数：
(1)盾构在浅覆土段掘进参数设定:
1)盾构机推力：控制在800t 左右；
2)掘进速度：40mm/min-45mm/min ；
3)刀盘转速：0.8r/min-1.0r/min ；
4)刀盘贯入度：40mm/r-45mm/r ；
5)土压力：土仓蓄土量低于1/2仓位，土压力设定为0.6Bar 左右，防止因为土仓压力过高引起地面隆起。
6)由于隧道上部覆土较浅，要严格控制盾构掘进参数，并根据实际地质情况，适当更改掘进参数，尽量减小地面沉降，确保不超挖情况发生。
土体松散、有空洞 同步注浆
地面加固 同步注浆
7)为了防止盾构拼装管片期间，刀盘周围的土体发生失稳情况，在每环快掘进完成时，进行续土保压，提高土仓仓位至2/3仓，拼装完成后，降压掘进。
(2)同步注浆
盾构穿越浅覆土地段时，一方面提高同步注浆浆液质量，适当增加注浆量,同步注浆量在6.5 m3左右，另一方面，控制注浆压力在2Bar左右，防止因压力过大而造成击穿上部土体。同步注浆配合比见表1：
表1：同步注浆配合比表
可硬性浆液
浆液投料量（kg/m3）
砂膨润土粉煤灰水泥水84065410200520
(3) 渣土改良
1)渣土改良方法
膨润土泥浆配合比为水：膨润土：外加剂=10∶1∶0.2，膨润土为优质的钠基膨润土，外加剂为碱、CMC及超流化剂DAV等，泥浆坍落度控制在20cm以内。
泡沫：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液；泡沫溶液的组成为泡沫添加剂3%、水97%。本工程所用泡沫剂粘度不低于0.1Pa·s。
2)出土量控制
盾构掘进过程中，严格控制出渣量，并做好每环出渣量的记录。
出土量计算
L
D
k
Q?
?
?
=2
4
π
其中：Q-出土量；K-松方系数（一般取值为1.1-1.2）；D-刀盘外径； L-管片环宽。根据计算及试验段得，出土量一般控制在50-55m3。
3.浅覆土段掘进
(1)盾构掘进
1)掘进参数及同步注浆参数
按照试验段得出的掘进参数进行盾构掘进，根据现场实际情况进行合理调整掘进参数，在掘进的同时进行同步注浆，掘进参数及注浆参数见表2、表3。
参数名称
推
力
掘进速
度
刀盘转
速
刀盘贯入度土仓压力
数值800
T
40mm/mi
n-
45mm/mi
n
0.8r/mi
n-
1.0r/mi
n
40mm/r-45mm
/r
0.6Bar
表2：掘进参数表
每环注浆量6.5
m3
左右，注浆压力2Bar左右。
浆液投料量（kg/m3）
砂膨润土粉煤灰水泥水84065410200520表3：注浆参数表
2)渣土控制
浅覆土段掘进施工时，要严格控制土体改良效果和出土量，遇到土体含水量过大，稳定性较差时，采取向刀盘前和土舱内及螺旋输送机内注入膨润土+泡沫混合物的方法来改良碴土，确保施工安全。
膨润土泥浆配合比为水：膨润土：外加剂=10∶1∶0.2，膨润土为优质的钠基膨润土，外加剂为碱、CMC及超流化剂DAV等，泥浆坍落度控制在20cm以内。
泡沫：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液；泡沫溶液的组成为泡沫添加剂3%、水97%。本工程所用泡沫剂粘度不低于0.1Pa·s。
出土量一般控制在50-55m 3
。向土体掌子面或土仓内注入膨润土时，出土量会适当增加，根据膨润土注入量等因素，结合现场施工实际情况，控制出渣量。
4.拱顶钢花管注浆
盾构穿越浅覆土地段时，对管片背后土体进行钢花管注浆，钢花管采用Φ32钢管，通过管片拼装孔插入土体中，插入深度为2m ，每环5根钢花管进行注浆，注浆量为15m 3左右。 二次补充注浆范围为上部150°（如图4），注浆浆液为双液浆。考虑到钢花管施工作业需足够的空间，二次注浆控制在盾尾后2~3环的位置进行注浆，并与盾构掘进施工同步进行。 线间距45°45°
施工影响线施工影响线
二次补充压
浆
二次补充压浆φ32钢花管，f=3.5mm
φ32钢花管，f=3.5mm
2m 2m 75°75°75°75°图4：隧道拱顶钢花管注浆示意图
(1)钢花管注浆参数
二次补压注浆用水泥水玻璃双液浆，水泥采用42.5#普通硅酸盐水泥，水玻璃采用35Be 的浓度，浆液水灰比：1 ：1.2，水泥与水玻璃的配比(体积比)：1 ：0.7，考虑到隧道上部覆土较浅，注浆压力控制在0.2Mpa ～0.3Mpa ，不宜过大。
四、掘进过程中及盾构通过后监测结果
盾构掘进过程中及盾构通过后我们组织专业测量队伍及第三方监测单位对地面及周边建筑物进行监测，掘进过程中地面及周边建筑的单次最大沉降量2mm ，盾构通过后，地面及周边建筑物沉降稳定，累计最大沉降量为5mm ，远小于沉降报警值。
五、结论与体会
富水砂卵石地层浅覆土采用传统的施工方法，存在较大的风险。本工程采用修改盾构掘进参数+同步注浆+拱顶钢花管注浆的方式，有效控制了施工安全风险，可以做为类似工程参考。
参考文献：
1.盾构法隧道施工与验收规范（GB50446_2008);
2.轨道交通盾构隧道工程施工质量验收标准;
3.地下铁道、轻轨交通工程测量规范(GB50308-1999)
作者简介：龙浩，工作单位：中铁二十五局集团第五工程有限公司，电话：150********, 邮箱：343635232@https://www.doczj.com/doc/4614063429.html,.