本立平

中铁十二局集团第一工程有限公司，山西 临汾 041000

1 工程概况

本轨道工程某标段的盾构区间双线总长2589.5m，盾构区间附属工程主要包括联络通道5个。根据本轨道工程地质条件以及周边环境情况，本轨道工程标段存在软弱地层、含水软岩以及软硬混合地层以及地面沉降等特殊地段。为此，对于这些特殊地段，本盾构施工时必须采取有针对性的技术处理措施，以有效地保证盾构施工的安全性。

2 隧道底为砂层地段处理措施

1）反复注浆完成后，预留部分注浆钢套管以备后期运营时补充注浆用，其余的孔位封堵后拆除钢套管。预留孔位应考虑运营管线进行布置，道台混凝土浇筑时，预留注浆钢套管口应接管或切除使之与混凝土面齐平。封堵孔位的袖阀钢管留在土体及管片内，并注入高强浆液填满袖阀钢管，袖阀钢管与管片间用改性环氧树脂填充；

2）采用复合袖阀钢管隧底注浆加固可有效解决隧底软弱地层液化的情况，但在隧道内施工要考虑防喷涌的问题。因此，复合袖阀钢管采用特制的，钢管底部为圆锥型的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内。钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内；

3）在盾构管片上按要求预埋孔径Φ49mm，长度285mm的管片注浆套管作为注浆预留孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装一个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀；除了逆止阀，在注浆套管上方安装一个带多重止水橡胶的钢套管。袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止了管壁间涌水的可能。

3 隧道顶为砂层地段处理措施

盾构通过该地段时必须从良好的碴土改良、合理选择掘进模式、土仓压力、刀盘转速、出土量控制、同步注浆等掘进参数、同步注浆、监控管理等方面进行综合控制才能确保盾构安全通过。本盾构通过砂层地段采用以下掘进技术措施。

3.1 采用注入高分子材料以解决碴土改良难的问题

拟选用高分子和泡沫剂两种材料结合使用，注入到刀盘前方进行渣土改良。利用高分子材料迅速吸收砂层中的水分，使砂层流动性降低转变为塑性状，在掌子面形成一层泥膜稳定掌子面，达到有效建立土压平衡的目的，同时利用泡沫剂松散性能来减小土层粘性以达到预防结“泥饼”的目的。工程实践表明采用此项技术得到成功应用，效果显着。

3.2 采用土压平衡掘进模式维持正面地层的稳定

在砂层等软弱地层掘进时，要维持掌子正面地层的稳定，关键是螺旋式输送机排土必须准确。掘进过程中，必须始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。在上部为中砂，下部为强风化地层中掘进，出土量是否超量是前方地层稳定与否的直观反映，在高分子、泡沫与水注入正常的情况下，每环的出土量一般为60m3～68m3，而在砂层中掘进时出土量往往偏大。因此，在掘进过程中对出土量的控制十分必要。

3.3 合理控制土仓压力以避免土压大起大落对地层产生掘削扰动

合理的土仓压力对保证掌子面稳定、避免扰动砂层、提高掘进速度有很大的影响。在渣土改良正常的情况下，必须确保土仓内的压力略大于水头压力。当隧道中心埋深为16.0m，地下水位-1.5m～-2.0m时，土仓的中土压应设定在150kPa～170kPa之间，同时将土仓压力变动幅度控制在20kPa之内，避免土压大起大落，对地层产生掘削扰动，以保证掌子面的稳定。盾构在砂层段范围内实施停机时必须确保土仓压力的稳定，在掘进每环的最后0.1m～0.2m时应停止空气注入，以确保土仓压力为真实土压。以避免盾构机在停机期间刀盘土仓压力产生大的波动而影响掌子面的稳定。

3.4 降低刀盘转速以减少对地层的扰动

对于上软下硬地段的含砂地层，根据以往的施工经验，刀盘转速在1.8r/min以上时其扭矩较小、掘进速度较快，但其对地层产生的扰动也较大；刀盘转速在1.4r/min时其扭矩较小、掘进速度平稳，且对地层产生的扰动相对较小；刀盘转速在1.0r/min时其扭矩较大、掘进速度较慢，渣土改良达不到效果，其对地层产生的扰动相对也较大。因此通过砂层地段时，刀盘转速应尽量的放慢，宜控制在1.3rpm～1.5rpm之间，在保证一定的掘进速度的情况下尽量减少刀盘对上部砂层的扰动。

3.5 及时足量的进行同步注浆以控制后期沉降

注浆量控制主要控制盾构通过时的后期沉降，通过同步注浆可以起到填充盾壳与管片间的环形间隙，稳定隧道管片上方的土体，从而减少地层沉降的目的。在砂层中进行同步注浆量必须做到注浆的及时、足量、稳压，既不能因注浆量过少而造成地面大量沉降也不能因压力过大而击穿砂层，造成涌砂、涌水等事故的发生。为确保注浆量及注浆效果，一般情况下，注浆压力可以控制在0.3MPa～0.5MPa，注浆量每环不少于5.5m3，对于已经发生喷涌、沉陷的地段，注浆量应适当提高。

4 在上软下硬地层中掘进处理措施

1）在这种典型的上软下硬地层中掘进既要防止喷涌、防止上部砂层塌陷，又要防止刀盘结泥饼。因此，合理的高分子、泡沫、空气和水的注入是改良效果好坏的关键因素。在刀盘正面注入高分子材料，利用高分子材料的吸水性能，提高渣土的和易性，达到增塑、保压、防止喷涌的作用，保证出渣正常。同时注入适量的泡沫，利用泡沫的润滑性能，减少渣土的粘结性，提高流动性，防止泥饼问题产生；

2）严格进行土仓压力、出土量管理，控制地面沉降。在添加高分子材料后，控制土仓压力及出土量是达到有效控制地面沉降的最关键的因素。根据添加高分子材料进行盾构施工的实例反映，与本工程类似地层的沉降可控制在+10～-10范围内，可以满足盾构沉降控制的要求；

3）在刀盘外周配置边缘滚刀、超挖刀，保证足够的开挖洞径，并通过调整千斤顶分区油压、合理选型管片等措施来控制盾构姿态。盾构掘进时适当加快刀盘转速，立足于靠道具切削岩土，避免出现磨刀现象。

5 结论

本文结合某轨道工程的施工实践，针对该盾构隧道底通过砂层等特殊地段，提出相应的施工技术处理措施，旨在为类似地段的盾构施工提供参考借鉴。经工程实践表明，本工程对于这些特殊地段所采取的技术措施具有较明显的安全性以及经济性，可为解决类似特殊地段施工提供较好的参考实例。

[1]阳东升.泥水盾构在几种特殊地段中的施工技术[J].科技信息，2010(6).

[2]钟志全，杨自华.轨道工程特殊地段的泥水盾构施工[J].工程机械与维修，2007(8).