如何控制岩溶地区浅埋富砂层盾构掘进地面沉降

黄 欢

（广州市城市建设工程监理公司 广东广州 510060）

如何控制岩溶地区浅埋富砂层盾构掘进地面沉降

黄 欢

（广州市城市建设工程监理公司 广东广州 510060）

地铁隧道盾构掘进施工过程中地面沉降要求极为严格，尤其在城市主干道、周边建（构）筑较多及人流密集，而且地质情况复杂地区地面沉降而带来的风险不可估量。为确保施工安全，防止地质灾害的发生，文章以广州市轨道交通九号线施工4标【马鞍山公园站～莲塘村站】区间盾构施工经验，针对岩溶发育加浅埋富水砂层地质盾构掘进过程中出现地面沉降工程风险的主要因素分析，阐述了盾构掘进地面沉降的控制措施及对策，为后期盾构施工提供技术准备。

盾构掘进岩溶；浅埋富水砂层地面沉降；对策

广州市轨道交通九号线施工 4标【马鞍山公园站～莲塘村站】区间隧道历经的地层种类多、岩性复杂。区间全长1205m，其中包括浅埋砂层区821m，占总长度的68%；岩溶发育区（且与浅埋砂层区重叠）518米，占浅埋砂层区长度的63 %；上软下硬地层240m，占总长度的20%；全岩层144m，占总长度的12%。隧道埋深较浅，上覆砂层较厚，孔隙水丰富，洪积中粗砂层渗透系数为 50～80m/d，洪积砾砂层渗透系数为100～150m/d；溶洞较发育，见洞率高达47.20%，溶洞多为无充填的空洞，透水性强，地下水量丰富。隧道埋深为5.8～8.5m，沿线广泛分布富水砂层，砂层面埋深较浅，砂层厚度大，孔隙水丰富，溶洞较发育，见洞率高，透水性强，易发生“冒顶”、地面塌陷等工程危险。

针对上述分析原因制定相关对策

1、土仓压力及出土量控制：在盾构掘进中，保持土仓压力与作业面压力(土压、水压之和)平衡是防止地表沉降、保证建筑物安全的一个很重要的因素，土仓压力值应能与地层土压力和静水压力相抗衡。土仓压力值的调整根据掘进过程中地质、埋深及地表沉降监测信息，通过维持入土量与排土量的平衡来实现。

2、加强注浆控制：随着盾构的掘进，在盾壳外径与管片外径之间会产生建筑空隙。为填补盾尾建筑空隙及盾构施工过程中的地层损失，有效控制地层变化，采用盾尾同步注浆和管片背后二次注浆的方式进行补充。

3、控制喷涌：由于本标区间地层砂层厚，透水性强，上软下硬，因此在掘进过程中极易发生喷涌现象。喷涌的发生后必然导致更多的排水，从而导致超挖现象，地面沉降和塌方等事故。通过对螺旋机的改进，更有效地减少了喷涌发生。

掘进过程中具体对策的实施

一、土仓压力及出土量控制

因为地层自稳性较差、软弱或变形系数较大、容易失水，土仓压力要比采用朗金理论计算的理论计算压力略高0.01～0.03Mpa，这样既可解决不利因素造成的影响，减小土影响范围内地表沉降值，又不会因压力过高造成地面隆起。严格控制掘进速度，均匀掘进，维持土仓压力相对稳定。通过仪表显示，土仓压力控制在0.09～0.11Mpa较好。

（1）出土量控制：每环掘进长度为1600mm，利用5个渣土车装完，则进尺320mm，应该出满一车土，对比进尺的长度和渣土车内的土量进行出土量的控制，严禁多出土。每环的出土量确定为47～53m3，最大不超过57m3。同时，密切关注出碴碴土的物理性能，做好理论渣土量与实际渣土量的比较，不同的地层考虑相应的松散系数来控制碴土量，保证出渣量与掘进速度一致，避免冒顶。

（2）掘进速度控制：不同的地质条件，推进速度亦有所不同。如果掘进速度过快，螺旋输送机运输速度达到极限，密封仓内切削的土体不能及时排出，出土量不稳定，会造成土仓压力设定失控。所以要根据螺旋输送机的输送转速(相应极限值)控制最大掘进速度。正常掘进过程中，盾构掘进速度可控制在 5-50mm/min之间；当盾构纠偏时，应取较小速度。

二、加强注浆控制

1、同步注浆

通过多次试验，同步注浆材料选用砂浆进行填充，砂浆采用水泥、粉煤灰、膨润土、细砂、水等材料，必要时，调整砂浆的配合比，增加水泥用量，缩短初凝时间，同时，加入微膨胀剂和速凝剂，尽量减少浆液凝固后收缩，加快管片周围土体的固结；针对本区间的地质特点，砂浆的初凝时间控制在4～6h，注浆时坚持“不注浆，不掘进”的原则，确保注浆的及时性。经过实验，按水（470公斤）：水泥（180公斤）：粉煤灰（320公斤）：膨润土（100公斤）：细砂（300公斤）配置的浆液具有泵送性好、不离析、压注后收缩小、凝结强度大于土体强度等特性。

在岩溶发育加浅埋富水砂层盾构施工过程中，同步注浆采用注浆压力和注浆量双重控制标准。同步注浆压力过大，管片周围土层会因注浆扰动而造成后期地层沉降，并易造成跑浆，对刚拼装完成的管片影响也大；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢、填充不充足，会使地层变形增大。根据本区间相应部位土压力、水压力以及衬砌强度的综合考虑确定注浆压力为0.1～0.3Mpa。

同步注浆量根据地质及线路情况，每环注浆量为管片后空隙的 1.4～1.5倍。并通过地面变形观测来调整。本项目采用1.5m管片，理论注浆量约为4.6方，实际每环的注浆量为6.5～7.0 m3，才能保证注浆质量。

2、二次注浆

针对岩溶发育，裂隙水大，砂层透水性大等特点，增加独立的注浆系统，优点为可随盾构机的掘进随时补浆，与盾构掘进互不影响。保证岩溶地区成型隧道的安全，除封顶块外每块管片设计3个注浆孔（含1个吊装孔），以保证每环管片的隧道底部5点、6点、7点钟位置均有3个注浆孔（外缘注浆孔夹角72°），可根据监测情况在掘进的同时及时补充注浆（根据情况可选择单液浆和双液浆），从而既能保证同步注浆又能保证二次补浆，有效止水和加固土体，降低了岩溶及富水砂层对成型隧道的风险。

为了缩短二次注浆材料的凝结时间，采用双液浆（加入水玻璃）。浆液配比：水：水泥：水玻璃=500公斤：250公斤：100公斤。根据地质情况调整水泥浆的初凝时间，注浆压力达到0.3Mpa时，停止注浆；一般每环平均用量0.8～1.0方，以免造成管片外周压力过大，对管片造成破坏。

三、控制喷涌

由于富水砂层含水量丰富，渗透性好，且受扰动后易液化，因此土压平衡盾构在富水砂层中掘进很容易出现喷涌现象，造成地表沉降。

为了更好地控制喷涌、减小排水，针对这三个条件将螺旋机进行了改造。参照“连通器”的原理，将出土螺旋机设计为两级，出土口位置提高来降低出土口处渣土（含水）的压力。两级螺旋机利用球铰轴承相连，设计一道闸门，缓解出渣的流量和压力。

（1）渣土较干时，打开两级螺旋机连接处的闸门，通过螺旋机上安装的泡沫剂管路，添加泡沫剂改良渣土，一级螺旋机与二级螺旋机的速度比设为 1:2，同时正转将渣土排出。

（2）渣土流塑性较好时，打开两级螺旋机连接处的卸料闸门，一级螺旋机与二级螺旋机的速度比设为1:2，同时正转将渣土排出。

（3）渣土含水量大、无塑性时，打开两级螺旋机连接处的卸料闸门，一级螺旋机关闭，二级螺旋机正转将渣土排出。（4）渣土接近呈流体时，减小两级螺旋机连接处的卸料闸门的开度，减缓渣土的压力。一级螺旋机逆时针运转，二级螺旋机关闭或低速运转将渣土排出。

四、结语

效果检查，通过制定的措施应用于施工过程中，本盾构区间地面沉降监测未再达到预警值，且沉降在（+8mm～-24mm）范围内的监测孔占总监测孔数的98%，成功达到了预期的效果。

G322

B

1007-6344（2016）10-0210-01

黄欢，1980年生人，男，大学专科学历，广东茂名人，注册监理工程师，从事工程监理工作12年。