富水液化砂层土压平衡盾构掘进地表沉降控制技术

科技创新与应用

2020年3期富水液化砂层土压平衡盾构掘进地表沉降控制技术冯德威

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门361000）

同步注浆及二次注浆量控制摘要：文章结合福州市轨道交通4号线一期工程螺~帝区间工程实例，从地层特性、掘进参数变化、

和地表沉降监测值方面着手，对土压平衡盾构机在富水砂层中掘进地表沉降及其产生的原因进行分析研究，并根据地表沉降规律制定针对性的措施，为后续相似地层土压平衡盾构施工提供借鉴。

沉降控制；应对措施关键词：土压平衡盾构施工；富水砂层；

中图分类号院U455文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2020冤03-0158-02Abstract：CombinedwiththeengineeringexampleofLuo-DisectionofthefirstphaseprojectofFuzhouRailTransitLine4,thispaperstartsfromtheaspectsofstratumcharacteristics,thechangeoftunnelingparameters,thecontrolofsynchronousgroutingandsecondarygroutingandthemonitoringvalueofsurfacesubsidency.inthispaper,thegroundsubsidenceanditscausesdrivenbyearthpressurebalanceshieldmachineinwater-richsandlayerareanalyzedandstudied,andthecorrespondingmeasuresaremadeaccordingtothelawofsurfacesubsidence.Itcanbeusedasareferenceforthesubsequentconstructionofearthpressurebalanceshieldinsimilarstrata.

Keywords：earthpressurebalanceshieldconstruction;water-richsandlayer;settlementcontrol;countermeasures

1工程简介表1掘进参数统计表1.1工程概况

总推力 扭矩 土压 掘进速度 刀盘转速 注浆量 出渣量 环号 螺洲镇站~帝封江站区间线路出螺洲镇站后沿下穿首开（kN） (kN*m) (bar) (mm/min) （rpm） （m³） （m³） 地块后，侧穿螺洲大桥桩基、下穿帝封江行进至帝封江站，线15 19198 27 1.0 12 0.9 5.5 48 路两侧主要为农田空地、厂房、基建工地。本区间采用盾构法16 20748 3201 1.1 27 1.0 5.6 48 17 20707 28 1.1 26 1.0 5.5 42 进行施工，为全地下盾构区间，由螺洲镇站双线始发，在帝封

18 20518 2720 1.1 24 0.9 5.6 48 江站接收后吊出。左线盾构全长1222.874m；右线盾构全长

19 20298 2321 1.0 27 0.9 5.9 47 1222.077m。区间隧道覆土最大厚度23.8m，最小厚度9.9m。

20 22120 3121 1.1 30 1.0 6.2 48 1.2水文地质情况21 22915 3211 1.1 32 1.0 6.1 48 （1）区间地质情况。区间洞身范围内0~180环穿越地层为22 24079 2498 1.15 27 1.0 6.1 47 23 23423 2827 1.15 27 1.0 6.1 42 含泥中细砂，180~470环穿越地层为粉质黏土和淤泥质土，

24 23347 3443 1.15 16 1.0 6 48 470~750环穿越地层为淤泥夹砂和粉细砂，750~1018环穿越

25 23475 2750 1.2 29 1.0 5.9 48 含泥中细砂。（2）螺洲镇站-帝封江地层为淤泥质土、地表水。26 23127 2213 1.16 24 0.9 6.3 47 池塘，站区间地处闽江流域，下穿河涌、帝封江、地表水体发27 24503 1943 1.20 16 0.9 6.0 47 28 25390 3030 1.10 16 0.8 5.7 48 育。乌龙江为闽江支流，是天然的泄洪排沙水道，接受大部分

29 25200 2427 1.15 10 0.9 5.6 46 中游夹砂，一般宽度为10-30m深，深度1.5-3.0m多数污染严

30 25052 2440 1.20 17 0.9 5 46 重，生活垃圾和漂浮物众多，淤积较为严重，零星分布的池塘

31 24963 2985 1.15 14 1.1 6 48 （3）本地水域面积大小相差较大，水深0.5-2.0m不等。地下水。32 24901 4012 1.18 20 1.0 5.9 48 下水按赋存方式分为第四系松散层类孔隙水和块状基岩裂隙33 24561 3218 1.10 28 1.1 6 45 34 24601 3737 1.12 26 1.0 5.8 45 水。本场地的主要相对隔水层包括<2-4-1>淤泥、<2-4-2>淤泥

35 24940 3988 1.19 24 1.0 5.8 46 质土、<2-4-4>淤泥夹砂、<3-1>粉质黏土、<3-4>淤泥质土，其

36 25160 2930 1.2 0 21 1.0 6 48 富水性差，微透水~弱透水。根据含水层和隔水层的空间分布37 25983 3401 1.20 19 1.1 5.8 46 松散层孔隙潜水和不同，可将松散层类孔隙水分为上层滞水、38 26840 3020 1.20 20 1.1 6 48 39 26817 3102 1.19 20 1.0 5.8 45 松散层孔隙承压水三种。

40 27316 3215 1.20 26 1.0 5.9 46 2地表沉降原因分析

在发现地表沉降超限后，组织技术人员对掘进参数进行螺~帝区间地表沉降主要集中在10~40环之间，即含泥

左线数据统计如表1。（6.5%左右）中细砂地层，本地层含泥量较少，为液化富水砂统计分析，

组织测量监测人员加密监测频次并记录原始数据，地表层。

沉降如图1所示：2.1数据采集统计分析

（1984-）研究方向：轨道交通。作者简介：冯德威，男，本科，工程师，-158-

2020年3期TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

技术创新图1监测点累计变化量折线图

从表1和图1可以分析富水砂层中盾构机掘进参数和地表沉降的变化规律：（1）富水砂层掘进过程中盾构机总推力及扭矩均较大，随着土仓压力的增加，总推力及扭矩随之增加0.1~0.2bar，且掘进制值范围内的时，速度刀有所降低。（2）在保证土仓压力大于计算压力微盘小前方沉降。位置所（3）盾对构应地机在前进过程表基本无沉中，降或由有于在控盾构

机切削土体直径比盾体外径大3cm，而此时不能进行同步注

浆，在通过刀盘后继续沉降。沉降值一般达到10-20mm。（4）管片脱出盾尾后，由于地层自稳能力差且同步注浆浆液未凝固，地表沉降值又有一次较为明显的下降。（5）待管片脱出盾尾5~10环后，由于同步注浆和二次注浆的共同作用，地表沉降趋于（2.2稳定1）地影响地。

层方面表原因。沉降因盾素构分析

在富水砂层中掘进时，地下水含量丰富，地层反应速度较快，且地层自稳能力较差，施工过程中地层受到微小的影响，就可能导致区间上方地表产生较大的沉降。根据盾构区间地表沉降监测数据显示，施工过程中地表沉降在盾构通过范围内变化较大，因此在富水砂层中采用盾构法施工时，必须保持水土平衡，达到减小地表沉降的目的。（2）掘进参数方面原因。此种地层在掘进过程中由于推力较大且扭矩较大促使掘进速度较慢，从出土量来看每环都会有不同程度超挖，大概3~5方左右。由于地层含水非常丰富，螺旋机出渣的过程中会出现轻微的喷涌现象，导致地层中部

分水土流失，也是地表沉降的一个重要原因。（3）受扰动土体

的固结。盾构隧道土体受到盾构施工的扰动后，便在盾构隧道的周围形成超孔隙水压力区。当盾构离开该处地层后，由于土体表面压力释放，隧道周围的孔隙水压力便下降。

在超孔隙水压力释放过程中，孔隙水排出，引起地层移动和地面下降。此外，由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用的施工因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区，其超孔隙水压力，在盾构隧道施工后的时间内复原，在此过程中地层发生排

水固结3变形，引起地3.1地表沉降主要掘控制进参盾数的控制面沉构控制措降。

施

机掘措进施

的总推力、扭矩、掘进速度等，采取

的方法是向盾体外侧注入高粘度的纳基膨润土，膨润土经过发酵12小时，测得膨润土粘度不小于60s后，将膨润土通过盾1.5体沉降方径将/环向注盾，体注入浆孔裹住膨注入而润增土到加的盾盾作体构用与机为减少地层之间，膨润土的注入量为的总推地力层。

适当沉降增和防加刀止盘因转地数层，增加至1.5rpm/min左右。通过盾体外部注入膨润土和增加刀盘2000kN转数掘进参·后m，，盾掘构进机速的度总达推到力30~50mm/min降至16000kN，采左右取措，施扭后矩盾1800~构机3.2数富水渣满砂土足层改此种地层施工要求。

掘良进控制螺旋机措施发生“喷涌”，需要对碴土改良，材料

和配比进行从新选择和设计。通过现场试验发现，单靠注入膨

润土或泡沫剂或膨润土和泡沫剂共同进行碴土改良均无法有

效改变碴土的“塑性流动状态”，螺旋机出碴不均匀，掘进速度

不稳定，掌子面容易失稳的情况。

在采用传统的渣土改良措施不能够满足施工要求后，决定采用向泡沫原液内加入高分子聚合物的方法对渣土进行改

良，

当高分子聚合物与泡沫原液的比例为1：10时，碴土改良效果得到了大大地提高，

碴土流动性较好，出碴均匀，出渣量得到了有效控制，

且在施工过程中刀盘仓稳定，地层损失率明显减小（3.3，

地1）同同表步步沉降得到了有效的控制。注注浆浆质及二次注量控制。浆由控制于砂土的渗透性较好，实际注浆量应大于理论计算量，

以保证注浆质量，注浆量的填充系数选取150~200%。同步注浆浆液应选取初凝时间短，

能够快速填充管片外壁与地层间的建筑间隙，

避免地面沉降超限。施工现场实际使用的浆液配合比在试验配合比的基础上进行微

调，通过改变注浆材料用量或外加剂的方法将浆液初凝时间调整在4~6个小时范围内，浆液稠度控制在10~12cm范围内，

施工过程中应每班对浆液质量进行检查，并形成记录，保证同步注浆浆液质量。

（2）二次注浆质量控制。针对富水砂层地层后期因土体固结造成的地表沉降、同步注浆浆液凝固后的体积收缩而造成的管片渗漏水情况，需对管片进行二次注

浆。

当管片脱出盾尾5环后对管片吊装孔进行开孔补浆，二次注浆可选择每隔一环注浆一次。二次注浆因无法计算衬背空

隙量，

现场注浆时通常以注浆压力来控制，超过控制压力即停止注浆。注浆压力不大于0.5MPa，

以免造成管片外周围压力过大，4对管片造成破坏。通结过论对福州轨道交通4号线螺~帝区间富水砂层盾构掘进施工的分析与总结，

设定合理的土仓压力、采取向泡沫剂中加入一定比例的高分子聚合物提高碴土改良效果、向盾体外

部注入高粘度膨润土的方法可以有效的控制富水砂层地表沉降。

盾构施工地表沉降的影响因素是多方面的，施工掘进前需对地层进行充分的了解，

结合不同地层的试掘进，制定相应的解决措施，

以满足规范和设计的要求。参考文献[1]朱伟，陈院仁俊.盾构隧道技术问题和施工管理[J].岩土工程界，[2]12京张飞）：18-20.

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