地鐵施工中的軟弱地層淺覆土盾構(gòu)始發(fā)與掘進(jìn)技術(shù)

當(dāng)前我國(guó)多數(shù)大中型城市均展開了自身的地鐵建設(shè)工程，同時(shí)諸如北京、上海等城市已經(jīng)形成了高度發(fā)達(dá)的地下軌道網(wǎng)絡(luò)。但縱觀當(dāng)前的工程現(xiàn)狀可知，在進(jìn)行軟弱地層淺覆土盾構(gòu)施工時(shí)所帶來的難度普遍偏大，其中存在諸多有待解決的技術(shù)難題，這嚴(yán)重制約了地鐵工程的開展。對(duì)此，有必要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)探討。而文章則提出了淺覆土盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)，其可以創(chuàng)造出更為穩(wěn)定的施工環(huán)境，大幅提升工程質(zhì)量。

1 工程概況

1.1  區(qū)間概況

某市地鐵3號(hào)線工程中，該施工區(qū)段對(duì)應(yīng)總長(zhǎng)為1317.744m，以盾構(gòu)機(jī)設(shè)備為基礎(chǔ)，由南站作為始發(fā)掘進(jìn)點(diǎn)最終施工至北郊車輛段。勘察結(jié)果表明，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)區(qū)域的覆土為4.1m，其中最低處為3.7m，在此之后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折并以3.2%的幅度下坡。

1.2  工程難點(diǎn)

工程技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域進(jìn)行了勘察，發(fā)現(xiàn)出段線隧道拱頂埋深淺層地層具有明顯的軟弱特性，這對(duì)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與掘進(jìn)作業(yè)提出了較高的要求。此現(xiàn)象對(duì)于省道公路下方而言更為明顯，受其車流量較大的影響，路面及其周邊均出現(xiàn)不同程度的沉降現(xiàn)象?？傮w來說，地面沉降控制工作是此次工程的重點(diǎn)內(nèi)容。

2  控制地面沉降的主要措施

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)將會(huì)引發(fā)地面沉降現(xiàn)象，其誘發(fā)的因素多種多樣，諸如支護(hù)力超出了合理范圍、淺覆土土壓明顯偏低等?？紤]到此類問題，工程中采取了針對(duì)性處理措施：對(duì)地面土體進(jìn)行加固處理，由此提升其承載水平；給予隧道上方一定的壓力；對(duì)所使用的盾構(gòu)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；基于同步注漿的方式進(jìn)行施工，并在間隙處填土適量的漿液。

2.1  始發(fā)井端頭加固技術(shù)

對(duì)于南站盾構(gòu)始發(fā)端頭井區(qū)域而言，其表現(xiàn)為明顯的硬塑狀特性，經(jīng)勘察后得知該區(qū)域內(nèi)地下水較為稀少，因此以大管棚注漿技術(shù)為基礎(chǔ)，并綜合引入了地面袖閥管注漿技術(shù)。經(jīng)施工后所得到的地基加固長(zhǎng)度達(dá)到8m，寬度達(dá)到3m同時(shí)深度達(dá)到了4m，總體來說可以滿足后續(xù)的施工要求。

2.1.1  大管棚注漿加固

定位到始發(fā)洞門隧道頂部120°區(qū)間，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大管棚注漿加固處理，關(guān)于所使用管棚材料的規(guī)格以及布置方法(見圖1)。在施工過程中以水泥單液漿為宜，控制水灰比達(dá)到1：1狀態(tài)，將注漿壓力穩(wěn)定在0.3~0.5MPa區(qū)間內(nèi)。

圖1 始發(fā)端頭管棚加固孔布置圖

2.1.2  地面袖閥管注漿加固

在進(jìn)行此環(huán)節(jié)加固施工時(shí)，所得到的加固范圍與上述相同。但需要注意的是，孔間距應(yīng)控制為800mm，并采用梅花形的方式進(jìn)行布置。將水泥以及膨潤(rùn)土作為原材料，由此制得袖閥管套殼料，施工中二者的水灰比以1：1.5為宜；在進(jìn)行注漿施工時(shí)需要使用到雙液漿材料，具體涉及到水泥以及水玻璃兩大材料，二者的水灰比以1：1為宜。注漿壓力對(duì)于施工質(zhì)量起到了尤為重要的影響，應(yīng)將其控制在0.2~0.5MPa范圍內(nèi)，關(guān)于具體的加固孔布置方案(見圖2)。

圖2 始發(fā)井端頭地面袖閥管加固孔布置圖

2.2  淺覆土區(qū)間地面加固技術(shù)

經(jīng)勘察后可知，淺覆土中含有大量的雜填土以及粘土，受此影響應(yīng)使用袖閥管注漿的方式進(jìn)行加固處理，經(jīng)此操作后可以確保土體抗壓強(qiáng)度達(dá)到1MPa及其以上水平，由此避免地面沉降現(xiàn)象。施工中應(yīng)控制好加固范圍，將始發(fā)井端頭作為起始點(diǎn)，對(duì)其線路200m范圍內(nèi)進(jìn)行處理，以2m為間距進(jìn)行布孔，單個(gè)間距內(nèi)的孔量以4個(gè)為宜，所得到的孔深應(yīng)達(dá)到3m，同時(shí)直徑以90mm為宜。

2.3  地面鋼板反壓

出于對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)安全方面的考慮，對(duì)原方案中的堆土反壓設(shè)計(jì)做出了相應(yīng)的改進(jìn)，由此形成沿隧道軸線而鋪設(shè)出的40mm厚鋼板，此舉進(jìn)一步提升了盾構(gòu)安全性，保障了道路交通安全。

2.4  盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制技術(shù)

2.4.1  盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)確定

1）土倉(cāng)壓力  受區(qū)域內(nèi)淺覆土的影響，在對(duì)出段線進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)難以將土壓控制在合理范圍內(nèi)，因此極容易出現(xiàn)冒頂以及超挖等問題。從成因上考慮，誘發(fā)因素以水土壓力為主，此外還伴有一定程度的外部荷載，相比于隧道埋深高度而言，本工程中淺覆土段的水位明顯低于該值，因此可以根據(jù)公式土倉(cāng)壓力=（土容重×埋深+外部荷載）×土的靜比側(cè)壓力系數(shù)+水比重×埋深進(jìn)行計(jì)算，將數(shù)值代入后得到式（1）。

 （1）

2）推進(jìn)力及掘進(jìn)速度  這兩大因素會(huì)對(duì)施工區(qū)域的上部土體造成嚴(yán)重影響，隨之引發(fā)土體變形現(xiàn)象。對(duì)于淺覆土層而言，盾構(gòu)設(shè)備的重點(diǎn)施工對(duì)象為粘土層，出于提升地面穩(wěn)定性的目的應(yīng)將掘進(jìn)速度控制在合理范圍內(nèi)，本工程中以20~40mm/min為宜，此外推進(jìn)力以6000~8000kN為宜。

3）出土量控制  伴隨著出土量的變化，對(duì)應(yīng)的淺埋段地面沉降程度也不盡相同，通常情況下應(yīng)以42.4~43.7m3范圍內(nèi)為宜。

2.4.2  同步注漿

應(yīng)嚴(yán)格控制同步注漿量，本工程中以4.2~4.86m3范圍內(nèi)為宜，盡管注漿量會(huì)對(duì)施工質(zhì)量帶來一定影響，但以注漿壓力所帶來的影響更為明顯。經(jīng)同步注漿施工后，經(jīng)28d后其強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.5MPa。

2.4.3  洞內(nèi)二次注漿

完成上述施工后有可能會(huì)存在少量的空隙，此時(shí)則需要對(duì)其進(jìn)行二次注漿處理，由此起到穩(wěn)定隧道管片狀態(tài)的效果。此環(huán)節(jié)所使用的材料以雙液漿為宜，嚴(yán)格遵循上述提及到的配比方法進(jìn)行配制，并將膠凝時(shí)間控制在20~35s范圍內(nèi)。當(dāng)管片脫離盾尾且數(shù)量達(dá)到2環(huán)后，則需要由正1環(huán)作為起始點(diǎn)進(jìn)行注漿處理，此時(shí)應(yīng)以2環(huán)為間距進(jìn)行注漿。參考到本工程的實(shí)際情況，將3點(diǎn)以及9點(diǎn)作為本次的注漿點(diǎn)，施工中將壓力穩(wěn)定在0.25~0.3MPa范圍內(nèi)。

2.4.4  盾構(gòu)姿態(tài)控制

由于上部覆土層的物理性質(zhì)較為薄弱，因此大幅增加了掘進(jìn)中出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象的可能性。對(duì)此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注掘進(jìn)坡度與平面軸線這兩大因素，盡可能使得二者處于一致的狀態(tài)。但施工中影響因素較為復(fù)雜，因此需要頻繁進(jìn)行監(jiān)測(cè)并對(duì)偏差現(xiàn)象做出調(diào)整，基于此方式從最大程度上避免土體擾動(dòng)現(xiàn)象。

3  沉降控制效果分析

3.1  盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與掘進(jìn)

各個(gè)階段所對(duì)應(yīng)的掘進(jìn)速度存在差異，對(duì)于端頭井區(qū)域而言以2mm/min為宜，同時(shí)設(shè)備推力要≤8000kN，以方案中的理論值作為基準(zhǔn)，所得到的土倉(cāng)壓力應(yīng)比該值略低一些，本工程中以0.15MPa為宜。在后續(xù)的推進(jìn)過程中可以加入適量的泡沫劑，由此緩解刀盤受損現(xiàn)象。當(dāng)完成20環(huán)掘進(jìn)后需要對(duì)區(qū)域內(nèi)的地面沉降情況做以檢測(cè)，對(duì)于淺覆土上部區(qū)域而言壓力以32~36kPa為宜。

3.2  地面沉降量監(jiān)測(cè)

對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析可知，在進(jìn)行淺埋段施工時(shí)其對(duì)應(yīng)的沉降量處于-8~15mm范圍內(nèi)，參考工程所提出的10~30mm可知，此次施工的地面沉降得到了良好的控制。

4  結(jié)語

綜上所述，文章以地鐵工程為背景，圍繞其軟弱地層淺覆土盾構(gòu)施工展開探討，提出了大管棚注漿以及地面袖閥管注漿這兩種技術(shù)方法，實(shí)際結(jié)果表明其所帶來的加固效果良好，可以為盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供穩(wěn)定的環(huán)境，而周邊的地面交通也不會(huì)受到影響?？傮w來說，文章所探討的工藝方法具有高度可行性，其具有一定的參考價(jià)值。

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