摘要：本文依托南昌地铁一号线五标中~子区间盾构工程，通过现场掘进参数统计分析，研究泥质粉砂岩地层土压平衡盾构掘进参数特征并给出了合理控制值。
关键词：泥质粉砂岩，土压平衡盾构，掘进参数，统计分析
1、工程概况
南昌地铁1号线一期工程土建五标段共有三站三区间（其中盾构区间为两个，明挖区间一个），标段全长2520.214m，其中盾构区间有两个，中山西路站～子固路站盾构区间（简称中~子区间，CK13+019.836～CK13+677.039）单线长657.203m，八一馆站～八一广场站盾构区间（CK14+418.597～CK15+373.550）单线长954.953m，盾构区间单线总长1612.156m。
本项目中～子区间地层由人工填土、第四系全新统冲积层（Q4al）、第四系上更新统冲积层，下部为第三系新余群基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、细砂、粗砂、砾砂、砾砂、圆砾、卵石、泥质粉砂质、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。
2、盾构掘进参数统计分析
在中~子区间下行线的掘进过程中，主要穿越两种地层，从中山西路站至300环穿越街道，主要地层是上软下硬地层，且地层中泥质粉砂岩比例逐渐增加；300环~380环为穿越抚河段；380环至子固路站在穿过街道的同时旁穿工商银行和农业银行，其中旁穿建筑物段地层主要是全断面泥质粉砂岩。因此统计分析盾构掘进参数主要分为两段，陆地段和抚河段。取刀盘出加固区后至抵达子固路站的掘进参数进行统计。
（1）总推力
通过对下行线陆地段和抚河段的盾构总推力统计分析可以看出：陆地段和穿越抚河段的总推力明显不同，由于抚河段上覆土最小只有4m，且上覆土主要是淤泥质粘土，因此需要严格控制掘进参数，总推力较小，均值为7496 kN，且波动也比陆地段小。盾构出抚河段后，在435环开始旁穿建筑物，为了保证盾构的平稳推进以及建筑物的安全，盾构推进时对总推力进行了控制。由于410环至546环盾构所处地层为全断面泥质粉砂岩，极易出现“结泥饼”现象，从而需要提高总推力，从总推力变化曲线图可反映出在420环~430环附近总推力出现一次较大波动，出土恢复正常后总推力便又降下来，但是从450环左右开始又一次增大，而且在474环附近地表出现塌陷，并出现“结泥饼”现象。在采取分散剂浸泡刀盘之后，盾构推进恢复正常，之后一直保持较高的总推力，直至到达子固路站总推力值才降下来。
（2）刀盘扭矩
对下行线已完成推进工作的陆地段与抚河段的刀盘扭矩进行统计分析。盾构刀盘扭矩在掘进过程中也是动态变化的，通过对下行线刀盘扭矩的统计分析结果可以反映出：刀盘扭矩的变化与总推力变化规律相似，在穿过抚河之前区段和过抚河区段总体都保持一个比较稳定的趋势，但是过抚河段的刀盘扭矩明显低于陆地段，均值仅为1072kN﹒m。而过完抚河之后刀盘扭矩出现了与总推力一样的变化情况，在全断面泥质粉砂岩地层中出现了比较大的波动。结合数据可知，总推力与刀盘扭矩的拟合优度非常高，R平方值达到了0.88。可见刀盘扭矩与总推力存在相似的变化规律，与总推力类似，对200环~250环区段以及476环之后区段的刀盘扭矩进行统计分析后，建议在全断面泥质粉砂岩地层中将刀盘扭矩保持在（2900 kN﹒m,3800 kN﹒m）范围内。
（3）土仓压力
土仓压力，是土压平衡盾构原理应用的重要参数体现，其大小直接影响到掌子面前方土压是否能够平衡，土体发生何种破坏。它是控制地层损失、减小地层变形的主要手段。从对两段土仓压力的统计分析看来，土仓压力离散性都比较大，一直都没有稳定下来，特别是过抚河前的区段，土仓压力一直在波动，直到190环才慢慢稳定下来；由于地层不同，覆土厚度较小，抚河段的土仓压力控制在0.6bar左右，明显低于陆地段的0.9bar；与总推力和刀盘扭矩的变化规律相反，过完抚河之后的区段土仓压力趋于平稳的状态，并没有出现较大波动，可见在这一区段盾构的推进主要是以控制土仓压力为主，尽量减少对地层的扰动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时从土仓压力的变化曲线图中可以反映出，在200环~250环以及400~546环的两段全断面泥质粉砂岩地层中，土仓压力值要大于含有砾砂层的区段，而且均保持在1.0bar左右。
对于前200环土仓压力离散性较大的情况，主要是人为操作或施工因素影响较大，因此应该加强土仓压力的控制。土仓压力的控制，是将土仓内的压力尽量设置为接近于理论设定值。
（4）贯入度
贯入度是指刀盘旋转一周切入土体的深度，也叫切土深度。贯入度与刀盘转速和掘进速度间的关系为：贯入度=掘进速度/刀盘转速。在分析掘进速度和刀盘转速对盾构掘进以及地表沉降的影响时，可以采用贯入度这一指标来综合衡量。
通过对陆地段与抚河段贯入度的统计分析来看，在整个下行线盾构掘进过程中，贯入度的波动都比较大，但是从贯入度变化曲线图还是能反映出一些规律：前80环的盾构推进处于试验磨合阶段，推进过程中对推进速度进行了控制，因此贯入度明显低于其他陆地段；抚河段也对推进速度进行了控制，相应的贯入度也较低；同时在200环~至250环以及400环~520环贯入度也有所降低，主要是在全断面泥质粉砂岩地层中推进速度提不上去。而盾构在即将抵达子固路站的最后30环掘进速度逐渐放缓，贯入度也逐渐变小。可见贯入度变化主要反映的是地层的变化，整个中~子区间的地层一直处于变化之中，贯入度也呈现出一直波动的状态。
（5）出渣量统计分析
对下行线陆地段与抚河段的各环出渣量进行统计分析，出渣量变化曲线见图7，分析结果见表7。总体来说出渣量波动较小，陆地段与抚河段的出渣量均比较稳定且相差不大，均保持在48 m³/环左右。从出渣量变化曲线图中可以明显反映出200环～250环以及400环～546环的出渣量高于其他段，接近50m³/环，而且最大达到62.38 m³/环。说明泥质粉砂岩地层含量越大，出渣量越大。通过对中~子区间下行线出渣量的统计分析，建议在类似地层中出渣量控制在（47 m³/环,50m³/环）范围内比较合适。
（6）同步注浆量统计分析
通过对中～子区间下行线的同步注浆量的统计分析可以看出，前120环的同步注浆量波动较大，主要是在此区段同步注浆过程中经常出现堵管现象，同步注浆效果不是很理想，只能通过二次注浆进行补浆，因此许多环管片只能注入2～3 m³的浆液。这种堵管问题在120环之后逐渐得到缓解，同步注浆量也逐渐趋于稳定，特别是在300环之后，同步注浆量基本保持在6.0 m³/环（474环出现地表塌陷，因此474环附近几环同步注浆量有所提高）。
4、结论与建议
（1）为了保证盾构的平稳推进，总推力与刀盘扭矩明显随之增大。建议全断面泥质粉砂岩地层总推力控制在16500~20000kN范围内，刀盘扭矩控制在2900~3800 kN﹒m范围内。
（2）陆地段波动较大且在全断面泥质粉砂岩地层中土仓压力要大于其他地层。对于土仓压力波动较大的情况，应当注意加强对土压力的控制，特别是盾构推进时应以土仓压力理论值为依据，尽量避免出现土仓压力大幅度的波动现象。
（3）泥质粉砂岩的膨胀系数比较大，随着掘进地层中泥质粉砂岩的增多，出渣量也随之增大。在整个下行线的推进过程中，出渣量比较稳定，在类似的复合地层中出渣量控制在47~50m³/环比较合适。
（4）由于注浆管堵塞问题，前120环同步注浆量波动较大，恢复正常后同步注浆量能比较稳定，且均保持在6m³/环左右，建议将同步注浆量控制在6m³/环左右，并通过加强同步注浆及二次注浆来弥补同步注浆的不足。
参考文献
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论文作者:刘栋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：盾构论文; 地层论文; 推力论文; 砂岩论文; 河段论文; 统计分析论文; 扭矩论文; 《基层建设》2019年第5期论文;