土壓平衡盾構機掘進工程中松動地層的控制及監測研究

劉 暢

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100）

0 引言

在盾構機掘進過程中，地層會松動，地表會沉降。松動地層的控制是保證施工安全重要的方面。所謂松動地層控制，是指在盾構機掘進過程中，對于松散土層的控制，防止松散土層的塌陷和對隧道周圍的影響。本文以合肥地鐵3號線黃潛區間為例，對土壓平衡盾構機掘進中松動地層的控制和監測進行深入研究，其結果和經驗可供城市地鐵建設類似項目提供借鑒。

1 工程地質背景和地層特征

合肥地鐵3號線黃潛區間隧道為兩條單線圓形隧道，區間隧道覆土厚約為10.3～17.5m，設計里程范圍DK13+073.250～DK13+931.443，區間長度858.193m，隧道穿越土層主要為（2）2 黏土，沿線有一根埋深2.7m 左右的Ф1000混凝土雨水管，與隧道凈距大于6m。通過路面地質雷達掃描探測物探手段（見圖1所示），查明待掘進區段內地表以下8m范圍內的巖體物性情況，評價該區段范圍內存在直徑大于50cm的空洞發育范圍，對比分析探測結果見表1所示。

圖1 地質雷達探測結果圖

2 松動地層控制方法

在城市地鐵盾構機掘進中，松動地層控制是非常重要的，直接關系到隧道的安全和施工進度?？刂扑蓜拥貙拥男纬?，可以采用多種方法，該工程主要采取地面注漿加固法、超前注漿法、徑向注漿法等三種方法[1]。

2.1 地面注漿加固法

地面注漿加固法是先在掘進面前方從地面鉆孔，然后將袖閥管插入到鉆孔中，并使用水泥漿液或水泥-水玻璃漿液注漿填充空隙。提前對掘進面前方土體進行加固，從而提高掘進面前方土體的穩定性。

該方法施工簡單，速度快，施工時間充裕及工作面多，能夠滿足城市地鐵建設的需要，在實際應用中取得了較好的效果，有效地保障了工程的順利進行[2]。

2.2 超前注漿法

超前注漿法是利用盾構機的超前注漿孔，將注漿管插入到掘進面前方土體，通過注入漿液使其形成一個漿液殼體，起到支護作用，保持了掘進面前方土體的穩定。

該方法能夠有效地控制松動地層，保證隧道掘進的安全性和穩定性，減少地層變形和沉降，降低隧道掘進的風險。然而，超前注漿法需要使用大量的注漿材料，材料運輸困難，且施工環境差，影響工期，難以正常掘進施工[3]。

2.3 徑向注漿法

徑向注漿法是一種常用的松動地層控制方法。在盾構機掘進過程中，在盾體部位徑向開設注漿孔，通過注漿孔注入水泥漿漿液等材料，將掘進面后方的土體及時固化。

該方法施工簡單，施工速度相對較快，成本也相對較低，能夠有效地控制土層松動和塌陷，保證隧道的穩定性和安全性。然而，在不密實且覆土較淺地層中，容易導致水泥漿液或泡沫漿液擊穿覆土，從道路裂縫或綠化帶滲出，影響道路交通及文明施工[4]。

3 地表沉降監測實測數據

在區間隧道中心軸線上每10m設一斷面。在橫剖面上從盾構軸線由中心向兩側由近到遠，按測點間距3m、5m、8m、10m遞增布設測點，布設的范圍為盾構外徑的2～3倍（見圖2所示）。

本文以區間右線盾構軸線中心監測點月報數據為例，統計刀盤距監測點10～20m 地表沉降數據（未掘進前）、刀盤距監測點10m內地表沉降數據（掘進前）、監測點在盾構機盾體上方地表沉降數據（掘進中）、監測點在成型管片上方沉降穩定后數據（掘進后），見表2所示。

表2 地表沉降監測統計

黃潛區間從始發井開始至90m范圍內，地表沉降監測值在預警范圍內。

從90～250m范圍內，地表沉降監測值呈發散趨勢；并在250m 達到最高峰，掘進后地表沉降監測值超過預警值，停機分析原因后，采取地表注漿加固法、超前注漿法及徑向注漿法后，從250～550m范圍內，地表沉降監測值得到明顯控制；由于超前注漿法影響正常掘進，為避免耽誤工期，多采用地表注漿加固法和徑向注漿法。

從550m至區間結束，主要因工期耽誤，且徑向注漿法操作空間狹小，溫度高，噪音大，后期只采用地表注漿法加固土體，故地表沉降監測值有所增大，但也在預警可控范圍內。

隧道正上方地表沉降監測曲線見圖3所示。

圖3 地表沉降曲線

綜上所述，根據地層松動程度和掘進前后地表的沉降程度，選擇一種或數種加固方法，對松動土體進行提前加固。在實際工程中，需要根據具體情況進行合理的選擇和應用[5-6]。

4 結束語

本文通過黃潛區間施工案例驗證了加強地質勘探，加密掘進過程中的監測和預警，發現問題及時處理等措施的有效性和可行性。采用如地質雷達探測等技術，實現了對工程的更全面、更精準的控制，從而避免地表沉降塌陷事故的發生?？傊?，盾構機掘進中存在的松動地層問題，會給工程帶來較大的安全風險和經濟損失，必須采取合理的注漿加固措施等方法有效地解決松動地層問題。