摘要：针对土压盾构机在含粘性土圆砾、泥岩等上软下硬不良地层中常压开仓施工技术的研究，并结合南宁轨道交通在建盾构工程常压开仓的成功案例。本文总结了土压盾构机在不良地层中常压开仓的施工技术措施，能够对类似地层盾构常压开仓施工有很好的借鉴。
关键词：不良地层；盾构机；常压开仓；施工技术
一、工程概况
（一）区间概况及原因
本区间右线长度为1550.587m，开仓位置设在1210.5m，线路隧道顶部埋深12.22m，底部埋深为18.5m。右线盾构自1185m开始出现掘进推力大、扭矩大、速度小的情况，出土量及地面沉降难以控制，掘进安全无法保证。故进行开仓检查，开仓位置地质情况不良，采用地面素桩+降水+常压开仓方式。
（二）开仓位置地质概况
开仓检查位置处地质依次为圆砾填土①1、含粘性土圆砾⑤2、泥岩⑦1-3，隧道上半部为含粘性土圆砾，下部为泥岩。
1、①1圆砾填土（mlQ4）
①1圆砾填土（mlQ4）：灰、灰黄色，稍密～中密，表层30cm为沥青路面，主要以含粘性土圆砾为主，圆砾粒径以0.5～4cm为主，个别粒径大于6cm，中细砂及粘性土充填，层厚0.07~3.00m。
2、⑤2含粘性土圆砾（alQ2b2）
⑤2含粘性土圆砾（alQ2b2）：灰黄、灰白色，稍湿，中密状为主，圆砾粒径以0.5～2cm为主，含量30～35％；卵石粒径2～5cm为主，最大粒径10cm，含量20～25％；母岩成分以硅质岩、石英岩为主，其中石英含量约占20-35%，亚圆形，填充粘性土，为低压缩性土，层厚3～14.35m。
3、⑦1-3层泥岩（N）
⑦1-3层泥岩（N）：青灰色、灰色，成岩程度较深，呈半岩半土状，岩芯呈柱状，泥质结构，局部相变为粉砂质泥岩，层理不明显，切面光滑，有腊状光泽；局部夹有灰白色钙质泥岩，锤击清脆；属低压缩性土；天然单轴抗压强度为4.61MPa，为极软岩。局部钙质泥岩抗压强度较高，可达12.41MPa；岩体基本质量等级V级。全场分布，层厚14.35m以下。
（三）水文地质概况
1、上层滞水
上层滞水（一）一般赋存于人工填土层、耕植土中，水位埋深1.2～11.0m，水位标高为69.32～80.06m。
2、裂隙岩溶水
裂隙岩溶水（五）赋存于泥盆系的灰岩中，岩面埋深起伏较大，岩石裂隙发育，岩面较破碎，透水性中等，富水性弱，局部具承压性。裂隙岩溶水的水位受基岩裂隙及溶蚀作用的影响，裂隙及溶蚀裂隙弱发育，则水位相对较高，反之则相对较低。稳定水位埋深8.9～19.2m。
（四）周边环境
开仓地面位置位于机动车道下，施工影响范围内无建（构）筑物。距离盾构机中线南侧2.8m，有埋深4.4m，管经0.8m的混凝土污水管；盾构机上方有两条贯穿隧道，埋深2.83m，管经0.3m的混凝土雨水管和埋深1.15m，管径0.3m的铸铁给水管；周边环境风险较为复杂。
二、盾构机主要配置
（一）盾构机整机
根据区间设计及水文地质情况等，本工程采用一台土压平衡盾构机中铁装备492#盾构机。492#盾构机是由刀盘、前盾、中盾、盾尾、连接桥、6节后配套拖车组成，整机全长约83m，开挖直径6280mm。最小转弯半径250m，最大爬坡能力50‰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（二）人舱系统
人舱是盾构掘进途中进行开仓作业的关键设备，它具有压力调节和安全过渡功能，当工作人员需要在不良地质条件下（如软弱地层、高渗透性地层等）进入土舱作业时可通过人舱安全地进入土舱或刀盘前方。设计标准：QY/HY005-2008盾构气压过渡舱。
人舱具有主、副两个舱室。主舱和前盾通过法兰连接，是开仓作业的主要舱室，可同时容纳3人并能放置急救担架（折叠式，约1.8m）。副舱是辅助舱，用于开仓作业期间舱外物资的出入转运，另外在作业期间出现紧急情况时可作为急救舱供舱外人员进入舱内实施救助，可容纳2人。
三、常压开仓施工技术
综合考虑开仓位置的地质、水文等环境特点及众多不确定因素，本次开仓采用地面素桩加固+降水+常压开仓方式来确保安全。
（一）常压开仓换刀原理
开仓位置采取地面素桩加固+降水的方式对地面进行加固降水处理，盾构机刀盘切入素桩桩体后，此时围岩自稳性较好，刀盘接触掌子面的土体能承受埋深土体的压力，盾构机土仓开仓不需保压也能保证地面不发生沉降，掌子面不发生坍塌。
（二）地面素桩加固
1、在刀盘前方2m位置打设φ1m素桩三排，梅花型密排布置，共28根桩，深度为隧底以下1米（即19.3m~19.5m，施工过程中按19.5m控制）；当盾构刀盘抵到第二排素桩1/3位置时停机，同步观察降水效果，达到开仓条件后方可开仓。
2、素桩材料采用C15混凝土浇筑，素混凝土桩平面位置偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1%，素桩加固检验采用低应变法检验桩的完整性，检测数据不宜小于总桩数的20%。素桩浇筑完成养护28天。
（三）加固过程中对盾体的保护
素桩施工前，确保测量放点位置正确，确定实际素桩位置与盾构机位置是否冲突。同时，盾构土仓内堆满渣土，防止混凝土灌入；素桩施工过程中，为避免塌孔，采用护筒成孔，成桩垂直度偏差不大于1%；浇筑混凝土前在盾构机刀盘前方、土仓和盾构机筒体外打入足量膨润土，起到保护作用，避免混凝土对刀盘、盾体形成抱死状态；浇筑混凝土期间，随时关注盾构土仓压力变化及混凝土浇筑方量，若发现盾构土仓压力上涨立即停止浇筑，若发现浇筑方量超方，立即停止浇筑，并转动盾构刀盘检查扭矩是否异常，若发现异常，立即注入足量膨润土并打气开始出渣，将仓内混凝土置换。
（四）盾构磨桩掘进参数控制
当盾构刀盘抵到第二排素桩1/3位置时停机，同步观察降水效果。刀盘需要磨桩约1.3m，磨桩期间严格控制速度为5mm/min左右，推力和扭矩根据实际情况进行调整，尽量减小各项参数，为避免推力过大，在刀盘完全进入桩体后，降低土压，尽量将土仓内积土出净，为开仓做准备，并在地面位置加强监测，确保地面安全可控。
（五）地面降水
根据现场具体情况进行降水井的布置，盾构开仓位置布设6口φ0.8m降水井，分别布置在加固体前方及盾体机两侧各设置2口降水井，井间距2-3m。成井深度为隧底以下3m，降水水位要求达到泥岩层交界面深度（即21.3m~21.5m，施工过程中按21.5m控制）。其中观测井设置3口，分别布设于加固体前方及盾体机两侧。降水井成孔直径采用直径280mm，厚度8.2mm的UPVC管，滤管外包一层60目尼龙网，管范围内回填4~7mm滤料，滤料含泥量小于3%，井内安装潜水泵功率3KW，扬程30m，流量3m³/h。降水井降水时，加固区水位保持在隧道底部以下1m位置处。滤管材质可根据现场实际情况选择钢管（钢管只能考虑在两侧），井口用粘土封填防止地表水流入。
四、结束语
通过在不良地层中采用地面加固和降水措施后，常压开仓作业得以安全顺利完成。充分证明了在不良地层中选取正确的地面加固和降水措施是能够采用常压开仓方式的，常压开仓即降低了作业风险，又保障了作业人员的人身安全。本次在不良地层中盾构常压开仓的成功案例，对以后遇到类似地质条件下盾构常压开仓采用的施工技术措施具有一定参考意义。
参考文献：
[1]张成，地铁工程土压平衡盾构施工技术研究[D]西南交通大学，2002
[2]张瑞芬，盾构施工中端头加固技术[J]，国防交通工程与技术，2011年1期
[3]竺维彬，复合地层中的盾构施工技术[M]，北京：中国科学技术出版社，2006.4
论文作者:孙涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/17
标签：盾构论文; 泥岩论文; 粘性论文; 作业论文; 地面论文; 裂隙论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第33期论文;