广州市盾建地下工程有限公司 广东省广州市 510030
摘要：本文依托广州地铁某工程为依托，针对软弱富水地层盾构掘进，地面沉降难控制的问题进行探讨，阐述通过盾体径向孔同步注浆控制地面沉降的施工技术，可为类似地层中盾构施工提供参考。
关键词：盾构联络通道、材料运输、竖向输送管
1前言
盾构法作为一种先进的隧道施工工法，以其在施工安全、质量、进度等各方面的无可比拟的优势，已得到了越来越普及的应用，成为地铁隧道建设的首选工法，在我国的应用前景非常广阔。[1]然而对于盾构机在富水软弱地层中掘进时，存在以下不足：
1.传统盾尾注浆浆液凝结时间慢，地面浆液投料、计量、搅拌效率低，不能及时形成有效的保护；
2.传统方法只能防治盾构机刀盘后10m的沉降发生，无法降低因出量过多而导致的盾构机上方地面沉降；
3.因注浆固化导致推力加大，掘进参数突变；
4.盾尾同步注浆量难以控制，易造成管片质量问题。
2盾构施工中的地面沉降机理
盾构推进引起的地面沉降可分为初期沉降、开挖面沉降(或隆起)、尾部沉降、尾部空隙沉降和长期延续沉降等五个阶段。[2]
1)初期沉降
当盾构开挖面到达某一测量位置之前，也就是在盾构推进前方的土体滑裂面以外产生的沉降。因初期沉降的量较小，而且不是所有的盾构施工工程都会发生的，所以一般不被人们觉察。据部分实测资料分析断定，初期沉降是由于固结沉降所引起的，其中包括盾构施工所引起的地下水(或孔隙水)的下降。
2)开挖面沉降
开挖面到达某一测量位置时，在它正前方的那部分地面沉降。不同盾构类型构成不同的隧道开挖方式。由于推进各种参数(如盾构推进速度、最大推力等)的差异，使开挖面的土体应力状态也截然不同，这便形成了覆盖层的土压增加或应力释放。
3)尾部沉降
盾构通过时产生的地面沉降。
4)尾部空隙沉降
发生在盾尾部通过之后。引起沉降的原因是因为盾构尾部空隙增加使得地表沉陷，隧道周围土层被扰动。在土力学上表现为，土的应力释放，密实度下降。一般盾构的外径要比隧道衬砌的外径大2％。这里有两个原因：首先盾壳材料有一定的厚度；其次是由于施工需要，使盾壳内与衬砌间必须留有一定的空隙。这些“建筑空隙”如不及时地充填，就会被周围土体占领，最终形成较大的地面沉降。
5)长期延续沉降
盾构通过后在相当长一段时间内仍延续着的沉降。在粘土中，长期延续沉降明显大于砂质地基。因此，这类沉降归结于地基土的徐变特性的塑性变形。该阶段的沉降起因是、土层的本身性质和隧道周围土体受挠动。它的滞后时间与盾构的种类、地质条件、施工质量等因素有关。
3软弱富水地层中盾构施工地面沉降主要因素
根据地面沉降监测的数据进行分析，如图1。
通过图1，得出以下分析结论：
1.盾构机刀盘到达前，土体沉降-6.1毫米，占总沉降4.6%；
2.盾构机刀盘到达至盾体通过时，地面沉降-90.1毫米，占67.3%；
3.盾体通过后，盾尾沉降-37.7毫米，占28.1%
由上述分析可知，软弱富水地层盾构施工时地面沉降的主要发生在盾体上方，而该范围的地面沉降是无法通过盾尾同步注浆来解决的，因此通过盾体预留的径向孔实现盾体范围同步注浆，是解决该问题的有效方法。
图1
4技术原理
盾尾与径向孔相结合，采用三通注浆管进行管片背后的浆液填充，解决盾体上方空缺的注浆区域，实现盾体上方及盾尾的同步注浆功能。
盾构掘进过程中盾尾同步注浆，盾尾注入1m3后，关闭三通注浆管盾尾方向球阀，打开径向孔球阀，向径向孔注入1m3浆液，随后关闭三通径向孔球阀，转回盾尾注浆，以此循环，保证盾尾与径向孔注浆浆量平衡。
5技术要点
1)盾构机掘进过程中，应调配好注浆原液，浆液配比：700泥浆:700沙:70水泥:140粉煤灰，泥浆质量比重1.15。
2)盾构机在完成掘进后，利用三通注浆管，关闭盾尾注浆口，应采用膨润土进行径向孔注浆，注浆压力控制在1.0-1.5bar范围内。
3)按6米外径隧道计算，盾体上方注膨润土浆量应控制在5-6 m3。
4)注浆完成后，关闭径向孔注浆阀，开启盾尾注浆阀，盾构机进行掘进盾尾进行同步注浆。
5)完成一环管片掘进后，重复上述做法，进行径向孔注浆。
5.1质量控制措施
1.严格把好原材进场关，对新进场的水泥、砂、粉煤灰等同步注浆所用原材料必须按要求进行进厂检验，确认合格后方可使用。未经检验的原材料一律不能使用。
2.现场试验人员要对其拌制的浆液进行稠度，强度等物理性能的抽样检测。
3.在不同的地层中根据需要不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”。
4.注浆压力和注浆量双重控制标准即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。对拱顶部分采用超声波探测法或者通过开孔进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。[3]
5.制定详细的注浆作业指导书、技术交底，并对现场操作人员进行培训。
6.设有富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和质量管理工作。
7.浆液储运的时间不宜过长，以防止浆液离析或者初凝。
8.做好设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业顺利连续不中断进行。
6安全措施
1.建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。
2.注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。
3.每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。
4.安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的联接必须拧紧，确保联接完好。
5.注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止密封胶冲式阀门破裂伤人。
6.注浆时不得随意停水停电，必要时必须事先通知，待注浆完成并冲洗后方可停水停电。
7.注浆施工期间，必须有专门机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。
8.注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。贯彻执行国家安全生产、劳动保护方面的方针、政策和法规。树立“安全第一”的思想，坚持“安全生产、预防为主”的方针。
7应用实例
本技术利用径向孔注入浓膨润土浆，实现盾体不会因注浆固化导致推力加大，掘进参数突变；实现了盾体上方空隙进行同步封堵填充，有效的控制地表沉降的发生；采用径向孔同步注浆，辅助减少了盾尾注浆量，同步注浆完成速度可提高40%，加快施工进度；通过径向孔注浆，对于盾体较长的盾构机实现了沉降的有效控制。
本技术在成果应用于十四号线一期施工8标土建工程区间项目中得到成功应用，有效控制了地面沉降，大大提升盾构机掘进效率，又能有效缩短施工工期，提高了成型隧道的质量，取得了显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]盾构机过富水砂层施工技术研究[J]. 许成发,康健,李杰.科技创新导报. 2017(04)
[2]土压平衡式盾构机富水砂层施工的沉降分析及对策[J].赵守宪.铁道技术监督. 2014(09)
[2]盾构隧道施工中同步注浆浆液配合比设计及应用[J]. 吴超.工程建设与设计. 2017(23)
论文作者:钦甜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/14
标签：盾构论文; 注浆论文; 浆液论文; 地面论文; 隧道论文; 管片论文; 尾部论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;