浅埋上覆管道松散回填土上软下硬地层盾构施工应对措施

浅埋上覆管道松散回填土上软下硬地层盾构施工应对措施

王永喜 张雄

中铁七局集团 河南郑州 450000

摘要：本区间右线属于典型的浅埋上覆松散回填土上软下硬地层，且有上覆重要管线，盾构施工沉降风险非常大，控制不当，容易发生地面塌陷以及管线损坏事故，造成较大社会影响。本项目通过采取预加固措施、调整掘进参数、快速应急等应对措施，确保了项目的顺利实施，希望对类似项目施工有所借鉴。

关键词：回填土；上软下硬地层；盾构施工；措施

一、盾构区间特点及盾构配置

杭州地铁3号线小和山停车场出入场线盾构区间自小和山停车场盾构井向东北方向，下穿改河箱涵及灵宫溪和即有科工区间盾构隧道，至工业大学站盾构井接收，区间坡度28‰下坡掘进，右线长度775m，隧道管片外径6200mm。隧道线路沿主干道留和路南侧，埋深5.2～9.8m，隧道上部管线密布，多为开挖下埋，在225m之内埋深由5.2-6.4m,属于浅埋段，管线埋深为 2.00～3.00m，管线回填土松散，导致隧道拱顶原状土只有2-3m，特别是隧道正上方有一条直径600mm，铸铁自来水管道，埋深3米，在正上方平行延伸，风险极大。地下孔隙潜水赋存于上部层填土及碎石夹粘性土层。区间地质条件复杂，拱顶上部分布有碎石填土、素填土、淤泥质填土，隧道断面内上部为碎石夹粘性土，中部为强风化钙质泥岩，下部为中风化钙质泥岩组成的上软下硬复合地层。⒂2 层碎石夹粘性土碎石含量约 33-52%左右，碎石粒径一般 2～8cm，个别大于 50cm 以上，渗透系数7E-03,强透水性。(31) c -2层强风化钙质泥岩，岩芯破碎，分布于中心下2m左右，层厚2-3m，弱透水性。(31) c-3 层青灰色中风化钙质泥岩，RQD 为 60~80%，单轴抗压强度平均值为27.7MPa，分布于隧道中心以下1-2m。本区间右线属于典型的浅埋上覆松散回填土上软下硬地层，且有上覆重要管线，盾构施工沉降风险非常大，控制不当，容易发生地面塌陷以及管线损坏事故，造成较大社会影响。 区间采用辽宁三三T6440复合式土压平衡盾构机施工，盾构机采用滚刀+刮刀方式复合式刀盘，开口率40%，开挖直径6440mm，主机扭矩额定6650KN.m，脱困8320KN.m，推力4000t。

二、施工出现问题及采取措施

1.1始发阶段建压困难，掘进过程持续沉降预警

始发进洞后，在盾构完全进入加固区后，埋深只有5.2m，封堵洞门前，采用全土压模式掘进，盾构推进参数为：推力1400t，速度5-10mm/min扭矩6200KN.m，土压0.4bar，出土量52m³，同步注浆5.4m³，造成刀盘频繁跳闸，掘进困难，在盾体完全进入加固区管片拼装完成+3环，洞门注浆封堵后，采用全土压过渡转换半气压模式掘进，降低扭矩，减少土仓积土，防止结泥饼，确保掘进速度。调整泡沫系统发泡率和空气供气量，由于地面松散跑气漏泡沫，仍然无法建立气压平衡，因在施工场地院子里，为改善参数摸索后续掘进参数，采用欠压掘进，但是有多出土现象，同时沉降持续预警，最大达到50cm在此过程中细化了一些针对性措施，取得较好效果：

1.采用体积和重量法进行双控精确掌握每环出土量，避免超挖造多出土，多出土立即停机处理避免盲目冒进：采用克泥效工法，利用中盾盾壳径向注浆孔，向刀盘开挖后与盾体空隙注入克泥效，每环边推进边注入1方，利用克泥效的抗压性，有效减小地表沉降约5-10mm。

2. 调整同步注浆压力由2bar至1.5bar，注浆量约5 m³，防止注浆压力过大击穿地层产生扰动，增加地层松散度。凝固时间由原来的8h调整到5h，因使用的是商品砂浆，运距较远防止凝固，在现场采用拌制水泥浆方式，每方浆液加入50kg进行调整。在每5环管片背后进行双液注浆封水环1m³左右，防止土仓泥水气与盾体后管片空隙贯通流失，利于建立气压模式掘进。

3. 根据目前掘进地层，理论计算土仓压力应保持在0.7-0.8bar，为防止击穿地面，造成漏泡沫，尝试盾构掘进过程中采取降低土压0.4-0.5bar掘进，购置质量好的分散型泡沫，加大注入量及发泡率调整，加强渣土改良效果，改善刀盘扭矩、推进速度等主要掘进参数，想办法达到20mm/min速度以上，降低掌子面沉降时间效应，防止扭矩过大扰动隧道顶部碎石夹粘性土剥落，造成出土量偏大地面沉降。在每环掘进完成后，推进行程剩50mm时，采用不出土推进，将土压憋到理论值，减少拼装停机水土失衡沉降，如遇紧急情况采用全土压降仓内填满，减少上部空腔出现。沉降数据大有改观，累计沉降基本控制在20-30mm之间，但日沉降值经常预警，沉降规律基本是在刀盘位置沉降1-5mm，在盾体上点沉降能达到5-10mm，主要还是在脱出盾尾阶段，沉降在15-20mm左右。期间尝试加大同步注浆量进行填充，但造成砂浆串入土仓及同步浆液击穿土层，地面冒浆漏气严重情况，影响掘进施工，要进行地面应急处理。

4.针对施工特点，在盾构机掘进过程中，采取加密监测，及时反馈监测数据，并对刀盘前后20环地下进行雷达探测防止有异常空洞，地面派人2 4小时蹲守巡查，沉降过大时立即封闭道路启动预案处置。并在沉降值达到30mm以上的位置，地面采用钻注一体机进行地面双液浆压浆，对松散地层填充密处理。

5.建设单位组织管线产权单位、勘察、设计、监理、监测单位共同商讨，对预警值进行调整，并采取设计变更对80-300m位置回填区松散地层预加固措施，采用单液水泥浆对地面拱顶以上碎石夹粘性土层及上部回填土层进行挤密注浆，降低渗透性，增强气密性，实现良好的保压效果，实现气压平衡模式掘进，防止地面沉降，后续掘进效果比较平稳。

1.2勘察孔封堵不到位，地面跑浆漏泡沫

掘进至55环位置，隧道上方监测孔，被突然击穿，造成路面下泥土一起带到地面流失，路面下形成空洞，在刀盘位置漏气失压后，采用全土压方式继续掘进，隧道上部为碎石夹粘性土，下部为中风化钙质泥岩组成的上软下硬复合地层，很难确保快速掘进，速度只有10-15mm，在地面用双快水泥、木楔子封堵，用沙袋反压，但是沥青路面薄层下部被掏空，形成空洞，泡沫及气体到处四溢，降低发泡率和气体注入量，以泡沫剂和水混合液改良为主，全土压掘进，扭矩仍在5500-6000 KN.m，掘进困难。经过对沉降风险分析研判，在地面采用围挡封闭盾构机前后20米范围进行欠压掘进，经过2-3环过渡，中盾到达勘察孔位置采取注入聚氨酯措施处理，地面采用注浆处理。掘进到57环时，刀盘已通过2环，经统计均多出土约10方左右，停机在中盾注入200kg聚氨酯，路面采取取芯填充砂浆12方，砂浆初凝后恢复掘进，盾构保压趋于正常，扭矩速度出土量达到正常值，实现顺利掘进。 在440m位置下穿改河7#桥涵时，发生涵洞底部跑泡沫漏浆现象。由于涵洞为明挖现浇结构，底面标高位于6.5m，隧道拱顶标高7.8m，基础回填和桥背回填不密实，无法确保气压平衡模式，掘进困难，采取同样方式处理，后续掘进中由于埋深渐深，保压效果较好，达到理论土压力值，通过渣土改良，扭矩基本在3000 KN.m，速度20-300mm/min，沉降值均在10-20mm左右，每日掘进6-8环，区间顺利按期贯通。

三、结束语

在浅埋上覆松散回填土上软下硬风险较大地层，容易造成地面监测预警甚至沉陷，本项目通过盾构施工前，对不良地层地面预加固，保证上软下硬地层气密性，保证气压平衡模式掘进，盾构机选型保证扭矩有足够的储备。掘进中做好渣土改良降低扭矩，提高速度，确保掘进效率，设定出土量预警值，多出土不要有饶幸心里必须停机处理，应急设施跟随盾构同步移动应对突发事件。本项目通过实践，总结了较好的应对措施，确保了项目的顺利实施，希望对类似项目施工有所借鉴。

参考文献

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[2]邱文翔.软硬不均匀地层盾构隧道孤石及基岩处理措施[J].建筑技术开发,2021,48(01):152-155.

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