摘要：本文主要从施工单位的角度出发，结合工程实际情况，对郑州地铁4号线09标盾构在细砂层中如何控制地表沉降这一难题进行了详细的阐述，介绍了盾构机穿越细砂层掘进各项参数选择及控制地表沉降保证措施等，通过总结其中的经验教训，有助于提高施工单位的施工水平。
关键词：地铁盾构；细砂层；盾构机掘进参数选择；控制地表沉降
1、工程概况
以郑州地铁4号线09标盾构在细砂层中掘进为例。
郑州市轨道交通4号线工程土建施工09标，工程内容包含2站2区间：果园南路站、果园南路站～太白路站区间、太白路站、太白路站～星火路站区间。
果园南路站～太白路站区间线路出果园路站后，首先向南敷设，穿越大片施工区后进入郑尉路，然后沿郑尉路向东南方向敷设，最后进入太白路站。线路上方两侧建筑物布置零散，主要为简易房屋、仓库、施工区等。主要穿越主要地层有③22层粉质黏土、③52层细砂，区间隧道顶最大埋深约17.4m，最小埋深约10.5m。
太白路站～星火路站区间线路出太白路站后，沿郑尉路敷设，最后进入星火路站。线路上方两侧建筑物布置零散，主要为简易房屋、仓库、施工区等。主要穿越地层有③21层粉质黏土、③22层粉质黏土、
③33层黏质粉土、③52层细砂，区间隧道顶最大埋深约16.2m，最小埋深约10.2m。
2、始发段前一百环试掘进
以郑州地铁4号线09标罗瓦特盾构机在右线始发段前一百环为例，盾构掘进地层主要位于细砂层中，地表埋深10～12m，考虑到周边无任何重要建构筑物及管线，采取前一百环试掘进，根据洞内管片沉降及地表监测数据分析，对设定的施工参数进行修正，结合相同地质中掘进的施工经验，在细砂层中试掘进参数选择如下：
（1）掘进推力：推力控制在15000～18000KN。
（2）刀盘扭矩：扭矩控制在3500～4000KN.m。
（3）刀盘转速：刀盘转速控制在1.0～1.2r/min。
（4）土仓压力：推进过程中土压压力控制在0.8～1.1bar，停机前土压建立在1.0bar，停机期间不得低于0.8bar。
（5）掘进速度：掘进期间应保证掘进速度为40～60mm/min。
（6）注浆量及注浆压力；为防止管片上浮以及有效控制地表沉降，同步注浆量及二次补浆量应按照理论值的150%～180%进行注浆，为防止管片错台及盾尾漏浆等现象，同步注浆压力控制在2～4bar，二次补浆压力控制在0.4～0.8mpa，二次补浆应及时跟进，距离盾尾10环左右。
（7）出土量控制：根据我部人员在盾构掘进期间多次对盾构在细砂层中掘进进行的渣土松散性实验，细砂层松散细砂较小，松散系数为1.08～1.1（系数取值为现场实际掘进中渣土改良后渣土松散系数），掘进期间应严格控制出土量，避免出现较大超方。
（8）渣土改良方式：渣土改良采用泡沫及高分子聚合物进行改良，泡沫用量为50Kg每环，聚合物溶度为1‰～2‰，用量在4-6kg每环（聚合物溶液在5-7方左右），聚合物直接注入刀盘，改良后的渣土较顺利的排出土仓。
盾构姿态控制：盾尾密封处易发生涌水涌砂，若姿态控制不当，容易损坏盾尾密封装置，存在涌水涌砂风险，同时会造成同步注浆漏浆、管片破损错台、地面沉降等一系列连锁反应，掘进期间应每环量测盾尾间隙，避免发生极位现象，严格控制油缸行程差。
3、掘进过程中的施工措施
（1）盾构在细砂层中掘进时，应做好土仓压力控制，一般采用调节螺旋输送机的转速或者调节闸门大小、增大盾构机千斤顶的总推力等办法，时刻关注土仓压力变化情况，若出现土仓压力降低，应及时推进盾构机，保持土仓压力。
（2）匀速通过，在同一地层中，建立一种平衡的掘进模式是很不容易的，一旦建立后，无特殊情况下，不要轻易改变掘进参数，破坏掘进平均，应抓紧各工序之间的衔接，确保盾构机平稳的通过。
（3）渣土改良：根据以往北京、武汉以及现有郑州地铁的施工经验，细砂的渣土改良方式可采用：①高浓度膨润土+泡沫；②使用聚合物添加剂。本标段采用聚合物添加剂加泡沫共同改良，在土仓中注入泡沫，将高分子聚合物直接注入刀盘，掘进过程中细砂层中大量的砂子容易沉降与土仓底部，在土仓下部形成密实的砂土堆积，对刀盘转动形成巨大的阻力，容易造成盾构刀盘扭矩大、掘进速度慢等现象，同时由于右线罗瓦特盾构机刀盘开口率不大，存在较多小孔进土，掘进过程中一旦扭矩增大，刀盘前方进土口处易造成细砂摩擦发热，粘接与刀盘上方，从而出现“结泥饼”现象。针对此容易造成的现象：选用分散性泡沫进行渣土改良，掘进过程中出现扭矩增大，速度降低等参数异常现象，采用剥除剂对刀盘浸泡48小时。
（4）加强注浆控制：由于细砂渗透性较大，实际注浆量应大于理论注浆量，浆液选择应明确浆液配合比，合理选用胶凝时间较短，强度较高的浆液，加快管片周围土体的固结，有效防止地面沉降超限，做好掘进期间出土量及注浆量记录，二次补浆期间对相应位置做好注浆。
（5）加强出土量控制：细砂层中松散系数相对一般地层要小，由于渣土改良后存在较多泡沫及水等，实际出土量更难准确计算；因此，掘进期间应严格控制掘进参数，保证土仓压力，多频次做好现场出土量松散系数实验，明确实际出土量。
（6）盾构机姿态控制：根据掘进线路走向及坡度，合理选择拼装点位，保证盾尾间隙均匀，确保管片拼装质量。
4、监控量测
本项目区间盾构机推进过程中，不可避免地会对周围地层、地下管线、周边道路、周边构建物等造成影响。为了保证施工期间道路通畅、周边环境安全稳定以及工程结构自身安全，必须积极收集监测数据并对其深入分析，以了解地层、衬砌及主体结构的安全稳定性，了解工程施工对周围环境的影响程度，从而及时、严密、有效地监测各施工时段的变形情况，起到预测、预报施工安全，指导施工、改进设计方案，确保工程建设顺利进行和周边道路、周边构建物、地下管线等的正常使用，真正做到信息化施工、安全施工。
监测人员应按照施工方案做好监控量测，施工过程中需保证数据的准确性，同时应及时反馈施工数据，施工现场根据监控量测数据及时做好相应的预防措施。
5、结论
盾构法隧道施工引起的地表沉降导致建构筑物破坏已成为施工过程中及后期管理的重要工作之一，其中地铁盾构受细砂地质影响引起地表沉降已成为施工过程中急待解救的主要问题之一。本文提出的地铁盾构在细砂层中掘进方案，旨在为后续相似地质中掘进提供一些借鉴经验。
参考文献：
【1】徐俊杰.土压平衡盾构施工引起的地表沉降分析[D].西南交通大学,2004:1-81。
【2】杨永强.土压平衡盾构全断面砂层施工关键技术[J].施工技术,2012,(1):69-74。
【3】胡新朋,孙谋,王俊兰.盾构隧道穿越既有建筑物施工应对技术[J].现代隧道技术,2006,(6):60-65。
论文作者:张新伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：盾构论文; 细砂论文; 渣土论文; 地表论文; 管片论文; 地层论文; 聚合物论文; 《基层建设》2019年第7期论文;