土压平衡盾构机过富水砂层施工技术探讨

下面是鲁班乐标给大家带来关于土压平衡盾构机过富水砂层施工技术的相关内容，以供参考。

1工程概况

珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段（岗～千灯湖～金融高新区站盾构区间—）土建施工项目盾构工程隧道双线总长为4829.205m，盾构隧道要在砂层中穿过，地面为桂城交通要道桂澜路，隧道埋深7.8～14.3米。砂层为良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为8.62～29.11m/d。

2掘进施工技术

盾构机在富水砂层施工时，容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。针对这些问题，主要的施工技术有：

①采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数，控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影响减到最小。

掘进过程土仓顶部压力控制在1.0bar，掘进速度控制在30mm/min以上，出土量不得大于50立方米；盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4.掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。在掘进接近1600mm时根据土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至1800mm时土仓顶部压力达到2.0bar～3.0bar范围。

②盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善渣土性能，提高渣土的流动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。

富水砂层中掘进可适量往土仓加入发泡剂，但必须根据实际情况严格控制发泡剂配比及加入量。

出现喷涌的解决措施：

Ⅰ关闭出土闸门，关掉螺旋机，在顶部土压不超限的情况下继续往前掘进，使土仓基本满土后（此时刀盘油压较高，扭矩较大）停止；然后稍开出土闸门，不启动螺旋机，让土压把砂土挤出，待砂土挤出速度较慢甚至不自动流出时再启动刀盘往前掘进。

Ⅱ关闭出土闸门，螺旋机正转转速调至2.0rpm左右，继续往前掘进，到顶部土压达2.8bar时停止；待土压降低到2.0bar以下时再按前面方法掘进，到刀盘扭矩较大（约3200KN·m）时，关闭刀盘及螺旋机，稍开出土闸门，让土压把砂土挤出，待砂土挤出速度较慢甚至不自动流出时再启动刀盘往前掘进。

③保持连续掘进，减少盾构机停顿时间。适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。

盾尾同步注浆的量与地面沉降有较大关系，过少会造成地面较大的沉降，过多会窜浆至地面，污染环境。富水砂层注砂浆极易往外扩散，在掘进过程需根据注浆压力（＜2.0bar）和地面情况及时调整注浆量。注浆的标准是确保脱出盾尾的管片背后的空隙能填满，这不仅可降低后期地面的沉降，也对管片防水起到一定有利作用。

对于砂浆胶凝时间的控制，项目部做了多次试验

砂浆配比不是前篇一律的，应根据地层和掘进情况进行动态的调整。

④运用导向系统和分区操控推进油缸，控制盾构姿态，防止盾构抬升。

富水砂层的承重能力较低，加上盾构机在掘进过程中的震动，姿态较易往下沉。因此在地层中盾构机的姿态易保持向上，但趋势易控制在±4.若出现机头往下掉的情况，需及时通过千斤顶行程调节姿态。调节不可过急，易通过千斤顶行程及选取最优管片两者结合来调节；不然会使得盾尾间隙过小，造成管片错台。

3技术特点

土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。掘进施工可采用土压平衡、气压平衡和敞开三种模式。掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。盾构机配备了自动导向系统，可控制和稳定掘进方向，具有灵活转向纠偏能力。盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。盾构配备了同步注浆系统，对控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护非常有利。盾构配备了泡沫及膨润土注入系统，有利于碴土改良。配备了压缩空气系统，有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。

4结束语

随着地下空间的开发与利用，盾构工法在我国得到了越来越广泛的应用。在我国多个城市的地铁施工中，都碰到了过富水砂层的难题。土压平衡盾构机过富水砂层技术以其施工工期短，对地表沉降控制好及成型隧道质量高得到了业主和有关单位的肯定，在全国地铁建设火热的形式下，相信本技术会在城市地铁施工中得到广泛应用。