高环境风险下盾构在全断面粉细砂层中的掘进控制

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1、高环境风险下盾构在全断面粉细砂层中的掘进控制焦倓然JIAOTan-ran；任飞RENFei；邓胜DENGSheng；曾红ZENGHong（中铁五局（集团）有限公司电务城通分公司，郑州450000）摘要：本文介绍了郑州地铁2号线广～新～国区间EPB盾构在全断面富水粉细砂层中掘进遇到的一系列困难时，采取的一些相应改进措施与掘进参数调整，最终达到安全下穿重大环境风险的施工成果。.jyqk，左线隧道全长1396.480m，区间隧道埋深为10.3m～19.1m。新～国区间左线隧道全长695.149m，右线隧道全长793.950m，区间隧道埋深为9.3m～13.8m。广～新～国

2、区间采用两台土压平衡盾构机分别进行隧道左右线主体结构施工。左线盾构机采用中铁装备厂制造生产的“中铁8号EPB”，刀盘外径6280mm，刀盘开口率为56%，右线盾构机采用德国海瑞克公司制造生产的“EPB，S-368”，刀盘外径6280mm，刀盘开口率为62%。广～新、新～国区间左右线需5次下穿总长达853m的DN1400(1991年铺设)、DN1200（1982年铺设）带压砼源水管，沉降控制要求高，如果出现爆管，将中断郑州市白庙水厂唯一黄河供水源，影响郑州市三分之二以上地区居民供水，造成重大社会负面影响。1.2工程地质情况及工程水文情况1.2.1工程地质情况根据地质勘

3、察报告，两个区间盾构穿越及上覆土层主要为：1-1杂填土、2-1粉土、2-3细沙、3-2粉质粘土、4-1粉土、4-2粉砂、4-3细沙层。隧道主要穿越2-3细沙、4-2粉砂、4-3细沙层。1.2.2工程水文情况本工程地表水主要来自大气降水。地下水类型为第四系潜水。4-2粉砂及4-3细砂为主要含水层，4-2粉砂及4-3细砂粘粒含量较低，富水性强，透水性好。2问题的产生、原因分析及解决方向2.1盾构穿越全断面砂层问题汇总及原因分析盾构在较大埋深、高地下水、全断面粉细砂地层中的掘进施工容易产生的问题有：①盾构出渣性状波动剧烈，出渣不连续；②同步注浆易堵管、无法保证注浆量；③盾

4、尾发生漏水、漏沙、漏浆；④盾构刀盘扭矩波动剧烈，盾构施工不连续；⑤盾构土仓压力波动剧烈，导致掌子面容易失稳；⑥地层自稳性极差。通过以上问题的汇总及分析，推测出导致以上问题的主要原因有：①砂性土没有粘聚力，导致在土仓、螺机内的渣土和易性不好，相同螺机转速、螺机后门开口的情况下，渣土流速不稳定、掌子面土压力波动剧烈，不易掌控、刀盘扭矩持续增大，波动频繁；②砂性土自稳性极差，无法形成塌落拱，导致本应填充同步注浆的盾尾建筑空隙内地层中的砂子填充，地层随即产生沉降；③砂性土中基本没有粘聚力，地下水的侧压力系数几乎达到0.8，水土压力较大；④饱和粉细砂层中的砂土液化现象严重，由

5、于刀盘搅动及盾构机推进过程中本身的扰动，导致刀盘前方、盾体上方、盾尾后部的砂土均存在一定程度的液化现象。2.2主要解决方法2.2.1砂性土没有粘聚力，出渣和易性不好，出渣及刀盘扭矩不稳定主要解决措施有：采用以膨润土为主，泡沫为辅的渣土改良方案，利用充分发酵后的钠基膨润土悬浊液的粘性及渗透性、利用刀盘前方的膨润土泵送蝶阀及刀盘、土仓后壁的搅拌棒，使原状的粉砂、细砂与钠基膨润土充分充分搅拌均匀，人为向原状地层中补充粘粒，提高刀盘前及土仓内渣土的粘聚力、吸收饱和粉细砂中的游离水，从而达到保证渣土流动性、和易性、出渣连续性的效果。2.2.2砂土自稳性差，在同步注浆固结之前地

6、层已发生沉降解决措施为：①采用双液浆作为同步注浆材料，利用水泥-水玻璃的快速初凝，可以达到在砂层失稳前即已完成填充并具有抵挡砂层继续失稳趋势强度的同步注浆，可以较好地解决砂层在同步注浆时及同步注浆后砂层持续沉降无法控制的问题。但是由于本工程所采用的“中铁8号”EPB盾构机不具备采用双液浆进行同步注浆的条件，所以此方向无法继续实验与研究，仅能作为是供参考。②低干缩性、高泵送性的同步注浆材料目前主要采用“厚浆”，即：塌落度在180mm以下，稠度在10～13cm之间的惰性浆液，其主要组成材料为粉煤灰、中砂、水及外加剂。③地下水侧压力数大，地下水压大。主要解决措施有：渣土改

7、良方案采用膨润土，利用充分发酵后的钠基膨润土悬浊液的粘性及渗透性、利用刀盘前方的膨润土泵送蝶阀及刀盘、土仓后壁的搅拌棒，使原状的粉砂、细砂与钠基膨润土充分充分搅拌均匀，人为向原状地层中补充粘粒，提高刀盘前及土仓内渣土的粘聚力、吸收饱和粉细砂中的游离水，起到一定的隔水作用，人为降低土层中地下水的侧压力系数，降低地下水压力；通过“类粘性土”在螺机内的堆积，形成土塞，可以有效地、显著地降低螺机发生喷涌的可能性；在盾构推进过程中，在以郎肯土压力为理论水土合算计算出的理论土压力的基础上，增加0.2bar作为预备土压力，保证盾构在掘进过程中的土仓压力高于地层土压力，保证盾构