砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术探讨

田 立

（中铁建昆仑地铁投资建设管理有限公司，四川 成都 610000）

1 引发砂卵石地铁盾构施工坍塌的相关因素

1.1 不利地质因素的影响

砂卵石地层本身自稳性差，又具有强透水、大漂石、高硬度、弱胶结等特点，故盾构施工中容易引发坍塌问题。具体表现：地铁线路均位于地下水以下，掘进过程，极易产生喷涌；漂石含量高，掘进过程刀盘和螺旋均存在卡顿，导致施工出现坍塌问题的概率加大。

1.2 施工方面的原因

（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。

2 导致市政道路路基沉降的主要成因

路基沉降的危害非常大：一方面，砂卵石地层地铁沉降的突发性非常强，影响的面积也非常大，所以在短时间内无法对其进行处理和解决，严重的情况下，会造成交通瘫痪，威胁人身安全；另一方面，在地铁快速发展势头下，出现地面塌陷，会影响市民正常出行生活，进而造成很大的经济损失，对当地交通运输行业的发展非常不利。导致路基沉降的原因与不重视前期地址勘察工作有关，另外，自然因素也会造成一定的影响。

2.1 前期地质勘察工作不到位

在盾构施工过程中，相关单位对地质的勘察和分析重视度不够，过多停留于经验，只是将施工前期的沉降数据作为主要的参考依据，造成施工数据与计划不相符，与实际施工存在较大的误差，从而出现了路基沉降现象。

2.2 自然因素的影响

砂卵石地层，常年水位高差变化较大，盾构掘进会对地层进行一定扰动，面对雨季持续大雨量，地层水位增高，雨水冲刷下，地层中松散状态砂卵石重新堆积，部分细颗粒存在流失现象，造成地层较为松散，出现路基沉降。

3 地铁盾构区间施工沉降处理技术要点

3.1 地铁暗挖隧道施工技术

（1）合理设计注浆参数，确保浆料配比的科学性。要对各项参数进行严格的检验测试，确保符合施工要求。通常采用以水泥与水玻璃为原料的双浆液，水灰比控制在0.6 ∶1 ～1 ∶1，具体施工时，可以根据实际情况进行适当的调整。掌握施工现状并对注浆工作进行不同时段的现场试验，确保注浆压力大于水压力。通常，注浆压力要比水压力高2 ～3 倍。（2）测试注浆参数。在实际挖掘的过程中，水压会随着施工时长、场地的变化而产生变化，所以要测试各施工时段的水压，做好勘察工作，将水压控制在注浆压力的3 倍左右。在注浆实验的过程中，可以先选择3 个浆孔，调配3 个不同配比的浆料，其水灰比分别是0.6 ∶1、0.8 ∶1、1 ∶1。要先采用浓度较小的浆液进行注浆，再选用大浓度浆液，根据注浆数量与压力的变化进行浓度的调整，如果压力变化并不明显，可以增加注浆量和浓度，提升压力上升速度。反之则采用浓度较低的浆液，降低压力上升速度。注浆完成后，面对不同孔洞的水灰比进行记录，其结果一样。实验表明，配合比设计结果与要求相符，在实际施工时，可以根据地质水文的变化对水灰比进行细微调整。（3）加工导管和孔洞布置。要作好技术把控工作，减少漏装问题。可以选择管壁厚度为5mm 的无缝钢管，管口直径为108mm，长度为4m。注浆管可以选择管壁厚度为2mm，管口直径和长度分别为4.8mm 和6m。布置注浆孔洞时，要根据施工情况，每个循环设置6 环，共40 个孔。第一个循环和第二循环注浆深度分别是11m 和19m，其后每个循环的注浆都为30m。在隧道开挖隧道之前，要浇筑5m 止浆墙，将上半断面进行封闭，避免漏浆问题的出现。

3.2 盾构的选型

砂卵石地层采用土压平衡式盾构掘进机，通过对区间地质情况的充分分析，选择适应于该地层掘进的盾构机机型，主要在选择刀盘设计、开口率、刀具配置、主轴承，螺旋输送机，推进系统、刀盘驱动系统等方面进行重点考虑。合理科学的选型匹配，保证盾构在掘进过程中安全有效的施工。

3.3 盾构掘进对地表变形的影响控制

（1）砂卵石地层存在松散和脱水性强特点，故应提高同步注浆的浆液量，采用上部注浆管注入，控制注入量和掘进速度匹配。（2）同步注浆在浆液凝固后产生收缩，再加上注浆量存在地层流失现象，在管片背面会形成空腔，因此在管片拼装成型后需要及时进行二次注浆来弥补同步注浆的缺陷，填充孔隙，保障管片与地层的整体性，保障地层的密实度，提高隧道的抗浮水平。

3.4 刀盘卡顿脱困技术

刀盘卡顿是大漂石砂卵石地层面对的难点，是造成掌子面坍塌和出渣超方的主要原因。砂卵石地层中出现大粒径漂卵石或者出现大量的卵石群，掘进过程不能破碎，镶嵌于刀盘开口处，造成刀盘卡死。通常的预防措施有以下三种：（1）刀盘正反转进行脱困；（2）打入浓泥浆，用泥浆建立压力，推进缸收回，盾体往后退2 ～3cm 后将推进油缸靠紧管片，再转动刀盘，刀盘不动，出半斗渣土，打入浓泥浆，再转动刀盘（试转刀盘时，不出渣土）；（3）依然无法脱困，采用开仓取石，人工将大粒径卵石破碎取出。

3.5 沉降观测

（1）基坑水平位移观测。基坑开挖之前要对其水平位移进行2 次观测，将初始高程记录下来，用于后期与观测数据的对比。地铁的基坑开挖深度较大，以5m 为分界点，基坑开挖深度不足5m 时，每隔1d 观测1 次水平位移；基坑开挖深度超过5m 后，每天都要观测基坑的水平位移，直到开挖工作全部完成后再根据实际情况重新设定观测频率。当基坑变形过大，或者是基坑进行降水操作时，都需要适当增加观测频率。在基坑回填并确定其稳定性后即可终止对水平位移的观测。（2）地铁的沉降观测。通常情况下，在地铁基坑开挖和降水作业时会对地质结构造成一定破坏，周围地铁物的稳定性也会随之受到影响，这就需要在地铁施工过程中能够加强对本工程地铁和周围地铁的沉降观测，给地铁施工作业及附近居民正常生活提供保障。地铁施工与地平面保持同一高度时就需要布设沉降观测点，这将成为沉降观测的初始高程，接下来每完成一层的施工就要观测一次沉降量，直到地铁物主体封顶为止。地铁主体竣工后的第一年观测4 次，第二年观测3 次，以后的每年进行1 次观测，直至地铁物变形稳定。（3）变形观测数据处理。①绝对沉降量。用每次观测计算的沉降点高程与第一次各沉降点高程相比较，计算各点的绝对沉降量。②相对沉降量。用每次观测计算的沉降点高程与上一次各沉降点高程比较，计算各点相对沉降量。③数据分析。将监测数据进行整理，绘制位移随时间或空间的变化曲线图。主要数据包括各测点的水平位移和水平位移速率，位移速率超过报警值时，提供水平位移与深度关系曲线、水平位移时程曲线。

3.6 基坑开挖

在基坑开挖过程中，土体卸载必然会引起基坑一定范围内土体的回弹。影响基底位移场的因素虽然众多，但主要受下列因素影响：（1）基坑参数，包括基坑平面尺寸、开挖深度、围护结构形式、插入深度比等；（2）基坑底部状况，包括土层性质、是否有桩基、土体的残余应力等；（3）开挖参数，包括总卸荷量及比例、每次开挖卸荷量、无支撑暴露时间等。

在满足抗浮的前提下，施工过程采用合理有效的基坑土体开挖方案以最大限度地控制隧道的隆起成为本工程施工过程的一个关键。参考和借鉴国内类似工程的施工经验，基坑开挖过程中，应充分利用时空效应，在城际隧道上方一定范围内的基坑必须做到分段分层开挖，均匀卸载，避免造成压力不均。同时，应及时架撑，严禁超挖，减少基坑变形，降低对桩背后填土的扰动，并有效控制基底回弹变形。考虑到基坑开挖阶段的卸载可能引起城际铁路隧道产生向上变形，建议延缓隧道二次衬砌及铺轨的工期，在地铁基坑开挖阶段同时施做二衬，同时根据监测的情况，适当进行堆载反压，以最大限度抵消城际隧道受开挖卸载引起的向上回弹变形；待地铁主体结构施做完并覆土1 个月后，方可进行城际铁路的铺轨，避免地铁车站工后沉降对城际铁路轨道道床带来不均匀沉降从而不利于其行车安全。

3.7 近接设计关键技术

为了保证隧道在施工期间和永久使用期间城际隧道的安全，在地铁车站设计阶段如何确定地铁车站与城际隧道之间合理的净距是至关重要的。地铁车站与城际隧道距离越近，城际隧道抗浮稳定性越小，根据类似工程经验，可能需进行专项抗浮加固设计，工程风险及保护费用将成倍增加。地铁车站与城际隧道距离越远，则地铁车站的层高和覆土则越小，对车站使用功能、抗浮及上方市政管线迁改都会造成较大的影响，因此需在两者之间找到安全性、经济性的平衡点。比选原则是在优先满足抗浮稳定性的前提下，尽量保证车站的使用功能和覆土厚度。根据该原则设计确定了结构净距采用3.77m，即可保证城际隧道的抗浮稳定性，也满足了车站的层高需求，同时覆土厚度也刚好满足了管线迁改需求，保证了车站抗浮稳定性（无需增设抗拔桩）。

4 结束语

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。