砂卵石地層具有底層顆粒粒度不均一，孔隙度大，粘結(jié)性差，透水性好的特點，在施工中由于其特性可能會出現(xiàn)一些風險隱患，因此，砂卵石地層施工需要一定的控制措施。本文就分析了砂卵石地層的特性，并針對這些特性提出了相應(yīng)的施工對策。

　　《地層學雜志》是地層學及與其相關(guān)的地質(zhì)學、沉積學、古地里學、古生態(tài)學、古氣候?qū)W研究的學術(shù)性期刊，主要刊載與上述學科有關(guān)的專門性論文，學術(shù)動態(tài)、報道、討論、書刊和論文的評價，綜述及譯文，以及國內(nèi)外工作方法交流和經(jīng)驗介紹。

　　砂卵石地層由于其特殊地質(zhì)條件，盾構(gòu)施工中存在較大風險，本文通過掘進中地表沉降塌陷、盾構(gòu)刀具磨損和換刀、盾構(gòu)掘進軸線偏差施工風險的分析及控制措施，掘進參數(shù)控制及渣土改良達到降低盾構(gòu)施工風險。

　　1、工程概況

　　長沙軌道交通1號線一期工程桂花坪站至省政府站區(qū)間位置處于長沙市芙蓉南路上，芙蓉南路現(xiàn)狀道路為雙向6車道，區(qū)間巖性分布較復(fù)雜，隧道圍巖分類為Ⅰ～Ⅴ級，隧道上部第四系底層厚6～27m，巖層厚度變化大，上方覆蓋層不穩(wěn)定。從上到下地層主要為：填土、粉質(zhì)粘土、粗砂、礫砂、卵石層、強中風化泥巖層。盾構(gòu)施工隧道范圍內(nèi)主要為砂卵石、強風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖，均為極軟～軟巖，遇水崩解。

　　2、施工風險分析與對策

　　2.1掘進中地表沉降塌陷風險及控制措施

　　2.1.1風險分析

　　①隧道頂部覆土自穩(wěn)能力差，盾構(gòu)掘進時平衡土壓力過小，可能引起地面塌陷。

　　②受砂卵石土層和較大滲透率的影響，土倉內(nèi)不易形成不透水流塑性狀態(tài)的碴土而不能建立土壓平衡機理，同時容易產(chǎn)生涌水、涌砂，造成細顆粒物質(zhì)大量流失，引而造成地表塌陷。

　　③掘進過程中，實際出土量遠大于理論出土量，地層損失過大。

　　④盾構(gòu)掘進過程中，同步注漿不及時，也會引起地面塌陷。

　　2.1.2安全施工控制措施

　　①根據(jù)地質(zhì)情況、隧道埋深(16m～23m)等參數(shù)，設(shè)定合理的土倉平衡切口土壓力(1.5bar～2.0bar)，并防止過大波動。

　　②盾構(gòu)螺旋機在推進過程中將防涌門開到合適開度，在富含承壓水卵石地層中發(fā)生噴涌時，立即后退螺旋機放下后閘門，先隔斷大噴涌情況，再進行艙內(nèi)渣土改良。

　　③配置優(yōu)良的碴土改良系統(tǒng)，選取質(zhì)量較好“合東雙”品牌泡沫劑和鈉基膨潤土外加劑進行儲備，現(xiàn)場以泡沫劑為主要添加劑使用;經(jīng)過出土取樣試驗，渣土含泥量在8%-14%左右，遠低壓土壓平衡盾構(gòu)安全掘進所要求的30%含泥量標準，因此在艙內(nèi)渣土含泥量較少出土困難時，增加注入膨潤土漿提高土倉中砂卵石土的流塑性和止水性;現(xiàn)場配備聚合物添加劑，采用膨潤土罐攪拌儲存，并在掘進時同步注入開挖艙，保證開挖面穩(wěn)定，建立土壓平衡，從而避免地表沉陷。

　　④即將進入砂卵石層時，出渣口安排專門技術(shù)人員進行盯守，填寫出渣統(tǒng)計表，發(fā)現(xiàn)出渣渣土變化時及時報告至操作室;在砂卵石層地處掘進時，對土箱進行不間斷清理，盡量接近土箱設(shè)計存量，現(xiàn)場人員根據(jù)渣斗每格容量判斷是否超挖，控制出渣量，原則上控制砂卵石層出渣54～58m3，嚴禁超挖。

　　⑤及時進行同步注漿及二次補注漿，根據(jù)設(shè)計要求，以1.7倍松散系數(shù)為標準，同步注漿量控制在7.5m3～8m3,，現(xiàn)場以保障注漿量為目的，參照注漿壓力。不間斷的在盾構(gòu)施工過程中進行跟蹤注漿，在掘進完成地段發(fā)生地表沉降超限且二次補注漿不能及時跟進時，首先盾構(gòu)機快速掘進完成掘進循環(huán)并轉(zhuǎn)換土壓平衡模式進行保壓停機，采用同步注漿系統(tǒng)外接20m鋼絲軟管管路對沉降段管片頂部壁后開孔注漿，漿液采用單液漿或者砂漿，液漿在井口攪拌或者制作快速運輸進入盾構(gòu)機。

　　2.2盾構(gòu)刀具磨損和換刀的風險及控制措施

　　2.2.1風險分析

　　①盾構(gòu)掘進砂卵石層地段較長，開挖面有些地段卵石粒徑較大，可能形成漂石，盾構(gòu)掘進時，刀盤切削受力不均，不易轉(zhuǎn)動，容易造成刀具偏磨，根據(jù)地層情況，刀具磨損無規(guī)律性，換刀位置不好確認。

　　②常壓進艙在檢查、更換刀具時，必須清空出土倉內(nèi)的部分碴土以提供工作空間，原有的土壓平衡被打破，由于卵石土層自穩(wěn)能力差，掌子面土體容易坍塌，導(dǎo)致作業(yè)人員傷害，或引起地面坍陷。

　　③帶壓進艙更換刀具，人員加減壓控制程序要求嚴格，艙內(nèi)作業(yè)效率低，施工作業(yè)人員風險大。

　　2.2.2風險控制措施

　　①桂省區(qū)間掘進起訖里程YDK29+121.4～YDK28+278.5，總長842.9m(562環(huán))，根據(jù)地質(zhì)勘查縱斷面圖顯示，YDK28+788.5～YDK28+278.5(222環(huán)～532環(huán)，長510m)及ZDK28+740～ZDK28+278.5(254環(huán)～562環(huán)，長461.5m)范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道斷面逐漸進入砂卵石層，盾構(gòu)在到達前進行一次開倉刀盤刀具檢修工作。同時對盾構(gòu)機進行全面檢查與保養(yǎng)，確保盾構(gòu)以良好狀態(tài)通過砂卵石層。

　　②進入砂卵石層后，調(diào)整優(yōu)化掘進參數(shù)，原則上準備一次性通過砂卵石段出洞。

　　③由于砂輪石地層中卵石含量的不規(guī)律性，刀盤刀具磨損將無法確定，考慮刀具磨損嚴重無法掘進情況，選擇YDK28+475～YDK28+510(408～431環(huán)，隧道上覆粗砂層、隧道斷面上部2m為卵石層、下部為粉質(zhì)粘土層及全風化泥巖)位置，ZDK28+500～ZDK28+560(374-414環(huán)，隧道上覆卵石層、隧道斷面為全風化泥巖)位置作為第二次開倉換刀點。在必須情況下需要換刀，先進行常壓開倉試驗，無法達到要求時再進行加壓開倉。

　　2.3盾構(gòu)掘進軸線偏差風險及控制措施

　　2.3.1風險分析

　　①盾構(gòu)掘進過程中，地層突變以及推進姿態(tài)不易控制，盾構(gòu)推進軸線過量偏移導(dǎo)致隧道設(shè)計軸線發(fā)生偏差。

　　②盾構(gòu)超挖或欠挖、糾偏不及時、測量誤差與同步注漿量不夠也可能造成軸線偏差。

　　2.3.2風險控制措施

　　①桂省區(qū)間YDK28+827～YDK28+760(196環(huán)～241環(huán))及ZDK28+780～ZDK28+705(227環(huán)～278環(huán))為隧道斷面地層變換段，極易發(fā)生姿態(tài)偏移，注意控制掘進參數(shù)，調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。

　　②正確設(shè)定平衡土壓力，減少超挖與欠挖現(xiàn)象，控制好盾構(gòu)姿態(tài);

　　③盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏差時及時糾偏，使盾構(gòu)正確地沿著隧道設(shè)計軸線前進，盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生較大偏移時采用及時屏蔽油缸、增加土倉壓力、增加推力、減慢推進速度等措施進行糾偏，建議備用外接液壓頂推系統(tǒng)，糾偏時切記過猛，遵循緩慢糾偏原則，每環(huán)糾偏量控制在5mm～10mm范圍內(nèi)。

　　④盾構(gòu)掘進過程中經(jīng)常校正、復(fù)測及復(fù)核測量基站;施工按質(zhì)保量做好注漿工作，保證漿液質(zhì)量和注漿量。

　　3、 掘進參數(shù)控制及渣土改良

　　3.1掘進參數(shù)控制

　　①推進速度控制：在保持土倉壓力的穩(wěn)定，掘進速度必須與螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速相符合，同時必須兼顧注漿，確保漿液能均勻填實管片與地層的空隙，根據(jù)施工的實際情況確來嘗試，砂卵石段推進速度保證在40～50mm/min為宜。

　　②刀盤轉(zhuǎn)速：刀盤轉(zhuǎn)數(shù)與掘進速度相矛盾，轉(zhuǎn)數(shù)小了，速度上不去，轉(zhuǎn)數(shù)大了，刀盤磨損嚴重，擾動大，在保證刀盤安全的前提下，盡量提高刀盤轉(zhuǎn)速，刀盤轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)控制在1.2rpm/min～1.5rpm/min為宜，確保不換刀一次快速通過。

　　③出碴量的控制：每環(huán)掘進出碴量根據(jù)試掘進段取得的參數(shù)進行控制。出碴量控制可通過推進速度與螺旋輸送機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，每環(huán)出渣量控制在54～58m3，出渣口技術(shù)員根據(jù)掘進進尺和渣車中渣量進行檢查控制超挖，龍門吊司機倒渣時進行復(fù)核，一旦超挖，立即上報。

　　④推力與扭矩：在保證高速掘進速度的同時，推力和扭矩要適中，其原則是，只要掘進速度能上去，盡量采用小推力、小扭矩，一旦推力和扭矩突變，一定要進行分析后，再繼續(xù)掘進。

　　3.2渣土改良方法

　　渣土改良技術(shù)主要是輔助材料的使用和配比控制，改良渣土的和易性在土壓平衡盾構(gòu)砂卵石掘進中比較重要。

　　①泡沫劑的使用：泡沫劑在砂卵石地層中主要起到潤滑作用，降低磨損保護刀具，同時有效降低渣溫等作用。應(yīng)盡量選用偏重于潤滑性能為主的泡沫。具體添加量要根據(jù)地層而定，泡沫加注參數(shù)如下：a.膨脹率值在1：10～1：20之間;b.注入比值在15%～20%之間。

　　②加泥系統(tǒng)的使用：膨潤土的合理加入也可起到與高分子材料的同樣作用。我部對省政府站開挖時隧道斷面范圍取樣試驗，砂卵石地層本身含泥量小于10%，含泥量較小，可以在開挖面加入鈉基膨潤土泥漿，一般以300目左右細料為宜，在地面先進行發(fā)酵后使用，不僅避免堵管帶來的風險，而且渣土改良效果較好，膨潤土：水=1：1的比率。

　　③高分子聚合的使用：在砂卵石層的掘進中，適量加入高分子材量，能有效改良渣土的和易性，預(yù)防渣水分離而產(chǎn)生噴涌等不利情況。根據(jù)對比分析，高分子聚合物只能作為應(yīng)急使用，其參量為1%～3%。

　　4、結(jié)語

　　降低盾構(gòu)刀具及刀盤磨損是一大重點。若地層中的大粒徑卵石含量很高，應(yīng)考慮加裝高稠度膨潤土液注入系統(tǒng)。在砂卵石地層中進行盾構(gòu)施工，若累計沉降在允許范圍內(nèi)，保持低土壓推進對降低刀具磨損有利。做好土體改良，使螺旋輸送機能將卵石和砂子一起排出土倉。通過對土體的塑流化改良，可以顯著降低推進阻力、降低刀具磨損，還有利于砂卵石的順利輸送，達到了快速施工的要求。