关键词：地铁盾构；砂卵石；沉降处理技术
引言
由于地铁穿过地层比较复杂，且受多种不良地质及地层构造的影响，加之城市道路交通及其他控制点的制约，隧道盾构施工参数的确定对地面重要建筑的安全、地铁工程质量有决定性的影响。因此，对卵石地层区段进行研究是很有必要的。
1地铁盾构区施工沉降机理
地铁盾构区作业环节会受到施工进度、施工位置影响。伴随着盾构区施工，此时的地层应力将不再平衡，平衡状态将会被打破。因为应力被完全释放，于是地层出现了变形问题。基于地层条件来看，盾构施工地表沉降是非常重要的因素。此外灌浆压力、掘进压力、出土量、速度等也是需要考虑的问题。从工程实际测量数据结果可以得知，之所以地铁盾构作业环节会出现地表变形现象就是因为下述几个原因所引起的。首先是先期变形。盾构施工环节会遇到很多地下水，保障施工进度和质量需要将这些地下水排空。地下水位下降后，地层内的孔隙水压力发生显著变化，引发地表变形问题出现。其次地表变形。盾构作业中，掘进环节会受到前方作业面顶进压力影响。此时土体会受到强烈冲击、挤压让地表开始隆起。在压力越来越小以后，前方土体开始松动，于是引发地表沉降。最后盾构通过地表变形。受盾构施工影响，土体和盾构机之间会出现相对位移现象，引起地层损失。此时的两侧土体外侧开始移动，随后就会出现地表变形现象。当然在盾构机通过以后，衬砌和盾构机之间的空隙如果没有及时得到注浆或是说注浆量不足也有可能会引起地表沉降、地层塌落问题。
2引发砂卵石地铁盾构施工坍塌的相关因素
（1）针对砂卵石地层，停机、交接班等情况未进行掌子面惰性浆液保压，复推造成刀盘卡顿，超方引起坍塌；（2）在盾构掘进过程中，同步注浆量不足，压力不够，凝结时间不能满足要求，二次注浆跟进不及时，不能形成有效填充容易引起沉陷；（3）制定的施工方案由于对方案的科学性、技术含量等因素考虑不充分，对于出现的刀盘结泥饼、喷涌等异常情况，处置不及时或方法不科学，就可能会导致地铁盾构区间施工地面沉降问题的发生，加大了盾构区间施工难度。
3地铁盾构区间施工沉降处理技术要点
3.1盾构刀具的改进
区间隧道穿越的砂卵石地层对多盘刀具的磨损较为严重，如果按照之前传统的刀具，那么在掘进过程中换刀是在所难免的。目前有敞开式开仓换刀、气压法开仓换刀和竖井法换刀3种换刀方式，但是这3种换刀方式或对地质条件要求较高，或具有一定的危险性，或对埋深有要求，此外换刀需要消耗大量的人力物力，因此要尽量的减少换刀次数。为减小卵石和石英砂对刀具的磨损，该工程中选用硬度和耐磨性能更好的刀具。该刀头采用碳化钨合金，硬度和耐磨性能均好于钛合金钢。
3.2掘进技术措施
1)保持土压力平稳。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆正常情况下，上土压力控制在0.04～0.08MPa，通过使盾构推进速度与螺旋输送机转速相匹配、刀盘切削土量与螺旋输送机排土量相一致，调节土压力稳定，并根据地质纵断面埋深变化和地面监测值及时作出调整。当地质状况良好、地表无重要建筑物时，可利用地层自稳特性，采用欠压推进模式，减轻刀盘、刀具的磨损。2)严格控制出土量。本盾构隧道开挖直径6640mm，每环理论出土量41.5m3，考虑岩土的松散系数、盾构姿态变化或其他原因引起的岩土损失，在运输组织中，出土量控制在46～48m3，确保出土不超量。3)渣土改良措施。施工中使用纳基膨润土泥浆和泡沫相结合的土体改良技术，提高渣土的流动性和止水性。膨润土泥浆浓度为17%～20%，即膨润土:水(重量比)=1∶4～1∶5，体积添加比7%～12%(即3～5m3/环)，注入流量100～120L/min，膨润土泥浆需膨化12h，漏斗黏度达到28s，方可泵送到盾构机的膨润土罐内使用;添加泡沫的原液混合比为3%～5%，发泡倍率10～12，泡沫添加率45%(即切削1m3渣土需注入泡沫450L)，泡沫原液用量为40～60L/环，泡沫液体和空气混合后，气液流量比15∶1～18∶1，总流量控制在300～350L/min，并根据实际出土效果，动态调整膨润土泥浆及泡沫的注入参数。4)同步注浆与二次注浆控制。施工中使用成品预拌砂浆，配比为水泥∶砂∶粉煤灰∶膨润土∶外加剂∶水=200kg∶562kg∶200kg∶35kg∶3kg∶400kg。注浆压力应略大于地层水土压力，但不能超过盾尾刷的最大承载压力，注浆压力一般取0.10～0.20MPa。考虑地层失水固结、部分浆液扩散到周围地层等情况，注浆量采用理论值的150%～200%，即4.4～5.9m3/环。还应根据地表沉降监测及同步注浆效果，及时二次注浆，保证管片与围岩之间填充密实。
3.3采取基坑监测技术
首先，在进行深基坑监测的过程中，要积极地运用先进的现代设备。比如说，在观察深基坑中地下水变化的时候，施工人员需要合理地运用传感器以及有关监测设备予以实时化地检测，压力传感器能够精准地对坑壁的应力和位移进行监测。其次，积极运用电脑软件制作深基坑时间变化的曲线图，对监测深基坑多方面数据予以详尽地整合分析，从而能够得到直接可观的技术监测结果。除此之外，工作人员还可以采取监测报警装置，根据有关的施工标准，只要发生超标问题，就会出现报警警示。
3.4地表沉降注意事项
(1)减少对开挖面地层的扰动。具体措施包括：控制土压并结合地表沉降监测数据，保持土压平衡。采用合理的支撑或者气压以防工作面塌陷；严禁超挖，严格控制纠偏量，并减少纠偏时局部超挖；根据土层特性，采用不同的添加剂对土体改良；实时监测并分析数据，通过数据分析合理对掘进参数进行调整。（2）同步注浆与二次注浆。为了减小盾构开挖对地表的影响，应该在盾构开挖后迅速充填盾构衬砌后的空隙，进行注浆。若一次注浆达不到最佳效果，需要进行二次注浆。浆液的配比、注浆量及注浆压力对注浆效果均有很大的影响。在穿越地面建筑物、桥桩、管线时，二次注浆往往能起到一定的辅助作用。
结语
综上，未来在改善砂卵石地铁盾构区间掘进过程中坍塌处理方式，需要考虑盾构机适用性配置的基础上，有针对性地进行地铁盾构区间施工坍塌处理工作，提高地铁盾构施工的安全技术水平。
参考文献
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论文作者:蔡泽旭
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：盾构论文; 地层论文; 地表论文; 地铁论文; 注浆论文; 卵石论文; 压力论文; 《建筑实践》2019年38卷24期论文;