泥岩地层中盾构隧道施工技术

浅谈盾构在泥岩地层掘进防止管片上浮
摘要：在泥岩地层中，为解决管片上浮引起管片破损、错台、渗漏，在工程实施过程中采取了盾构掘进控制，调整同步注浆浆液凝固时间，增加洞内二次注浆，加强管片拼装，根据成都地铁1号线南延线土建1标实践证明以上措施是比较成功的，希望能为今后类似工程提供借鉴。

关键词：泥岩地层；盾构隧道；管片上浮；施工技术
2、工程概况
成都地铁1号线南延线工程位于成都市高新区，线路呈南北走向，是城市轨道交通主干线。

隧道起于科技园站南侧的盾构始发井，止于广都北站西端。

隧道主要穿越的地层为⑦2中等风化泥岩。

隧道顶部为砂卵石及人工回填土，常年地下水位为地下3米，泥岩为弱透水层。

地层特征及分级详见表1-1地层特征表。

表1-1 地层特征表
3、泥岩地层上浮原因
地层土软硬不同，产生的管片上浮情况也不同，一般情况下，软地层不容易上浮，而硬地层却有空间导致管片上浮。

这是因为在掘进过程中，对于软地层，上部松软地层土的自稳性差，会因为自重、存在空隙而有相对的下沉，从而使管片和土层之间的剩余空隙基本消失。

泥岩地层由于自稳能力强，完整性好，能很好的控制自身沉降。

再者同步注浆采用凝结时间为6h～8h的砂浆，使管片有足够的上浮空间和时间。

计算管片脱离盾尾后4环管片在水中的浮力为169.65t（排水重量）－83.8t(管片自重)=85.85t（未接长轨道时，不计后配套拖车重力），若在密度为1.6的同步注浆浆液里浮力为187.64t，即便同步注浆浆液未注饱满，上半部还是水的情况下，浮力也近百吨。

由计算得出管片的浮力远大于管片自身重力。

图3-1管片上浮示意图
4、关键施工技术
4.1盾构掘进参数
①盾构推进速度控制在3～4cm；
②刀盘转速在1～1.3rpm；
③1号土仓压力控制在1.0~1.2bar；
④根绝刀盘转速制定相应的螺旋输送机转速，严格进行土量管理，每环（1.5m型管片）出土量控制在55m3以内，减少土体扰动；
⑤盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±20mm，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，控制每次纠偏的量，盾构机一次纠偏量不宜过大，坚持“勤纠少纠”的原则，每环纠偏量不超过5mm，以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。

4.2同步注浆浆液
结合泥岩地层分析，同步注浆浆液在满足施工过程不堵管的情况下，尽量缩短凝结时间，加快对管片的束缚，根据现场实践得出同步注浆浆液初凝实践控制为3h～4h最为合理。

注浆压力控制在1.5bar～2bar，每环（1.5m型管片）注浆量控制在7m3以上。

另外每隔两环对管片顶部注浆孔位置开孔，检查同步浆液的注入情况、观察初凝时间，同步注浆配合比为：
表4-1 同步注浆配合比
4.3洞内二次注浆
管片脱出盾尾后的第一环进行二次注浆，在管片顶部10点钟~2点钟位置吊装孔处开孔注浆，注浆压力控制在0.2Mpa～0.4Mpa，二次注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为1：1，水玻璃（40波美度）与水按1：1稀释，注入时浆液与水玻璃体积比为：水
泥浆：水玻璃溶液=2.5:1，初凝时间为20s，每次注浆前，验证二次注浆配合比。

4.4管片拼装
①管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物，在盾尾无杂物、无积水的情况下才能开始拼装管片。

②管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，必须运用管片安装微调装置，将待装的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。

③盾构拼装时，千斤顶不得全部缩回，拼装完成后及时顶出千斤顶，使之顶紧管片。

④管片拼装时，操作人员应认真操作，拼装机动作应平缓，避免撞击已拼装管片。

⑤拼装时千斤顶伸出过程扶正撑靴
⑥封顶块安装前实测并确保两邻接块间间距，安装止水条前涂抹润滑剂，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。

⑦管片拼装过程中，必须严格控制管片拼装的垂直度、椭圆度及螺栓的拧紧力矩，避免出现横、竖鸭蛋，管片内翻、外翻等现象。

⑧螺栓进行三次复紧，提高管片整体抗拉浮能力，第一次为下一环拼装完成后，第二次为脱出盾尾后，第三次为脱出台车后。

5、效果检验
技术措施实施后在2013年10月5日至10月14日期间（10天时间），管片破损情况见下表：
表5-1管片破损情况统计表
左线98 3 3%
2.5%
右线97 2 2%
可见，实施期间，2台盾构机共计掘进195环，共计破损5环，平均破损率为2.5%，管片破损明显得到了控制。

图5-1 效果验证图
6、结论
随着城市轨道交通的兴起，必定会面临越来越多的泥岩地层施工。

在成都地铁1-1项目泥岩地层中，通过调整同步注浆浆液凝固时间，增加洞内二次注浆，加强管片拼装技术措施，克服了管片上浮引起管片破损、错台、渗水质量问题。