富水砂层盾构施工

蒋昌盛

摘要：本文主要讲述在富水砂层地质条件下盾构施工的要点和注意事项。在南昌地区特有的地质特征（砂层含泥量小于10%，地下水丰富而且水位高）条件下，结合两个区间盾构施工的经验，对盾构施工要点进行以下论述。

关键词：富水砂层；盾构施工；刀盘形式；掘进参数控制

中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）08-0107-01

1.概述

随着城市化进程的加快，城市可利用空间成为了制约城市发展的障碍，城市周边发展和城市地下空间的利用成了解决手段之一。地铁和各种综合管廊的建设有效的解决了城市人口流动困难和各种市政服务不完善的问题。盾构施工是城市隧道施工最有效和最安全的施工方法，本文着重论述盾构施工在富水砂层中掘进的重难点及有效控制的方法。

2.盾构施工在富水砂层中掘进重难点

盾构施工在富水砂层的掘进与其他地层中的施工一样，都存在盾构施工需要注意的一般问题，但是在富水砂层的地质条件下，有其特有的难以解决的问题。结合南昌地铁一号线和二号线建设中盾构施工遇到的问题进行总结，盾构施工难以解决或者说很容易发生的问题如下：

（1）地面沉降不容易控制，在掘进控制不好的情况下很容易发生大面积的特大沉降；

（2）在掘进过程中刀盘和刀具过度磨损，并且发现过度磨损后换刀困难（常压开仓地面加固困难，带压开仓保压困难）；

（3）土仓土压设定需要合理，土压控制不佳带来的各种问题（地面沉降、刀具磨损、掘进速度）立即体现出来，而且各种问题在不断的恶陛循环中加大，最后导致施工质量和安全事故。

3.盾构施工在富水砂层中掘进控制的要点

南昌地区砂层的特点是砂层含砂量大，非砂、小卵石含量小于10%，地下水丰富。这种地层具有的特性是在局部空间发生泄漏的情况下地层流动大，很容易造成大范围的地层扰动，同时在一定空间里土层受到局部挤压的情况下土层的可压缩性和可流动性很差，土层的摩擦力急剧增加。一般软土地层，地下水流动过程中土层损失要小，土体在受到到挤压的情况下，土地可向外围流动，土体的摩擦增加也比纯砂层要小很多。

一股情况下，我们为了减小地面沉降，就人为的提高仓内土压的设定值，试图在高土仓土压情况下向前掘进，减少出土量，从而达到减小地面沉降的目的。在软土层这种解决问题的办法是可行的，软土层在受到挤压的情况下可向刀盘四周流动，达到相同情况下减少地层土体损失，减小地面沉降，但是在富水纯砂层这种办法是不可行的，由于土仓土压过高，刀盘切削面受到过大的挤压，然而切削面的砂是不会向刀盘四周流动，在这种情况下，盾构机的掘进速度不可能太高，刀盘的磨损速度急剧增加，同时由于掘进速度较低，出土量不好控制很容易超出，此时如果减小螺旋机出土能力，势必进一步造成仓内土压过高和推进速度减小，盾构掘进将进入一个恶性循环的过程。

在本文的论述中提出一个如图一所示的土压控制理论：

如何选择合理的仓内控制土压就是一项很重要的工作，我们把如何合理的选定仓内控制土压分为两部分：其一是施工过程我们已经无法改变的外部条件，如所选择盾构机刀盘的形式、开口率、所施工区域的砂层地质特性；其二是施工过程我们根据反馈信息的合理化调整掘进参数。

在南昌地铁一号线的施工过程中所有日系盾构机都遇到了掘进困难的问题，通过我们分析，日系盾构机掘进困难的根源在所选择的盾构机刀盘开口率过大。开口率过大或者辐条式刀盘不适合富水砂石地层推进就体现在刀盘面板对切削面土体支护作用太小或者消失，不能很好的把仓内可变土压区域和改良土压区域区分，造成改良土压区域消失直接变成了可变压力区域，千斤顶推力直接从土仓隔板传递至仓内土体，造成仓内土压力过大（过小基本不可能，除非螺旋机出土速度大于砂石进入土仓的速度，这种情况不可能发生）出土量不好控制（超出土方），喷涌（喷涌的根源在仓内压力过大，水大只是有形成喷涌的可能，形成土仓土压改良区域，有推进速度是不会喷的，硬岩裂隙水形成的喷涌不在此列），推进速度上不来。

关于施工过程中的信息反馈合理化调整掘进参数，我们根据盾构施工的居多因素绘制了如图二所示的盾构施工过程中掘进参数设置及反馈信息逻辑关系图，图中明确体现了我们在掘进过程中如何实时调整掘进参数。

4.总结

在富水砂层的盾构掘进施工中，我们除了做好同步注浆的量、保证及时二次补浆（最好快硬性双液浆）、渣土改良、出土量等常規盾构掘进参数控制外，还有其自身特有的地方，需要注意如下几点：

（1）选择开口率合适的面板式刀盘，一般选择30%左右的开口率较好，加强刀盘面板及四周的耐磨性（非一定要重型刀盘）。开口率越小仓内土压控制可适当减小，如果掘进区域有部分泥层，要注意渣土改良并进一步适当降低仓内土压，以预防结泥饼。

（2）合理设置仓内控制土压，不可过高，在保证同步注浆和二次注浆量的情况下，地面沉降合理即可，不应为了控制零沉降而盲目的提高仓内控制土压。