极软流塑地层盾构常压开仓清障施工技术及应用

【摘 要】通过对以淤泥质黏土为代表的极软流塑地层土压平衡盾构常压进仓清障的施工技术进行分析整理，结合杭州至海宁城际铁路工程斜桥镇站～皮革城站工程实例，总结出一套系统规范，安全可靠的在极软流塑地层下盾构开仓清障的施工工艺，以期在同类型工程中起到一定的指导与借鉴作用。

【关键词】极软流塑地层；盾构常压进仓；三轴搅拌桩加固；钻孔取土

1 概述

伴随隧道及地下空间广阔发展的时代，面临轨道交通史无前例的高潮，盾构法因具有对周围环境影响小，自动化程度高，施工快捷，优质高效，安全环保等诸多特点。在地层条件差，地质情况复杂，地下水位多变等恶劣环境下，盾构法脱颖而出，显示出其强大的优势。

沪嘉杭平原为代表的华东地区处于极软流塑地层。极软流塑地层土体天然含水率高，孔隙比大，塑性指数，液性指数远高于一般地层土体。在杭州至海宁城际铁路工程斜桥镇站～皮革城站右线盾构施工过程中，盾构掘进时刀盘将地下横穿隧道的废弃PE管道（外径560mm，内径500mm）搅入土仓，因该管材的特殊性，不能随螺旋输送机出土而被带出，进而堵塞螺旋机入土口导致不能出土。因土仓内有大量该管道碎片，若要恢复正常掘进，需开仓进行彻底清理。

2 工程地质条件

根据勘察报告，该区间隧道所处地层主要为：淤泥质黏土、粉质黏土、黏质粉土、淤泥质黏土。本次工程中，盾构开仓清障的全断面隧道位于淤泥质黏土层中，其土体自稳能力极差，自身强度低，抗变形能力差，含水量高，地下水极易流失，容易引起地层收缩固结。

3 总体处置方案

鉴于盾构机遇阻停机位置位于淤泥质粘土土层，且隧道平面处于半径R=2400m曲线，纵坡为11.5%，隧道顶覆土约10m，地面位于海州西路北侧主干道下方，不能满足常压进仓清障条件，总体采用“三轴搅拌桩土体加固+钻孔排桩取土、盾构空推+降水辅助+常压进仓清障”的综合处置方案。

4 关键施工技术

4.1 钻孔取土施工技术

由于盾构机无法正常出土掘进，需在刀盘前方进行钻孔取土以辅助盾构推进，钻孔孔径为Φ1200mm，孔距1300mm，采用旋挖钻机成孔。

由于刀盘前方第一排取土桩与土体相接，为防止刀盘底部两侧土体侵入加固区，第一排取土桩施工时需预留部分土体。

4.1.1 钻机就位

钻机安放前，先将桩孔周边垫平，使地面平整，确保钻机安放到位后机身平稳。钻机就位时应确保机架的天车中心及桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差不得大于20mm，钻机就位后，测量钻机平台标高以控制钻孔深度，避免超钻或少钻。正式钻孔前，钻机要先直行运转试验，检查钻机的稳定和机况，确保后面成孔施工能连续进行。

4.1.2 钻进成孔

在钻进中经常检测钻机的垂直度，并随时调整，作好详细记录。在成孔施工中还应根据不同的地层适时调整参数。

4.1.3 成孔质量检查

成孔结束后，采用测绳及卷尺对成孔质量进行检测。

4.2 盾构空推施工技术

由于盾构机前方已进行取土施工，盾构推进时推力不足会导致后部管片松弛，因此在盾构推进前应对后部10环管片螺栓进行复紧，同时采用采用14b槽钢沿隧道纵向拉紧，每环6道。

盾构推进速度应控制在30mm/min以内，空推时尽量避免转动刀盘或采用最低转速，防止姿态难以控制。

4.3 孔洞回填施工技术

盾构推进完成后对上部进行M10砂浆回填，为避免砂浆回填导致刀盘堵塞，盾构上部1m范围内先采用回填粘土进行隔离。

待砂浆强度达标后，再进行下一循环施工。为提前工期，可在砂浆中掺入1%的早强剂（氯化钙）。

4.4 止水环箍施工技术

为确保开仓安全，计划在盾构机前盾、中盾膨润土注入孔以及盾尾管片施做止水环箍，止水材料分别为盾尾油脂、聚氨酯及双液浆。

4.4.1 盾尾第二环注聚氨酯

首先用聚氨酯泵在盾尾第二环管片上注入聚氨酯，共注5孔（管片封顶块除外）。一是起止水作用，二是防止尾部压注双液浆时损坏盾尾刷。

4.4.2 盾尾第五第六环位置注双液浆

采用双液注浆机分别注入两道双液浆止水环箍，共注5孔（管片封顶块除外），水泥浆水灰比为1：1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.4～2.8，波美度30～42Be，水泥浆与水玻璃体积比1：1～1：0.5；注浆压力控制在0.4Mpa以内。

4.4.3 前盾膨润土注入孔注盾尾油脂

在盾构机前盾膨润土注入孔采用盾尾油脂泵注入盾尾油脂，注入孔距离刀盘2.68m，共六孔，一是起到止水作用，二是防止中盾注入聚氨酯時有害气体侵入土仓，导致作业人员中毒。

4.4.4 中盾膨润土注入孔采用聚氨酯泵注入聚氨酯

在盾构机中盾膨润土注入孔采用聚氨酯泵注入聚氨酯，注入孔距离刀盘4.1m，共六孔。

4.5 常压开仓清障施工技术

4.5.1 出碴降压

为防止人仓闸门打开时发生仓内泥土大量涌出，先在地面加固区内刀盘前方采用旋挖钻施工两个卸压孔，取孔深度为刀盘底部以下50cm，将孔内土体取空，使上部土仓压力降至0～0.1bar，同时在孔底放置一台水泵，持续抽水使孔内水位保持在刀盘底部以下，确保开仓作业安全。

4.5.2 仓内气体检测

各项准备工作就绪后，核查土仓压力传感器显示已经降低到0～0.1bar后，土仓渣土已经出至人仓以下，打开人闸门旁通往土仓的球阀，泄气并进行气体检测。

4.5.3 开仓前压风排气和气体检测

利用盾构机原有预留人仓保压系统的管线作为排气管路，盾构机主机内和拖车上全部使用原有的管路（可承压的胶管和钢管），排气管出口设在拖车上，利用泡沫系统管路，通过刀盘上的泡沫孔，向内压风，同时打开原保压系统管路阀门（如果孔口被堵，方法同检测孔清理），将压出气体排放至预定区域，气体通过洞内压入新鲜的空气的稀释，随洞内空气一起排放出洞外。

4.5.4 打开仓门

由一名作业人员进入人闸仓，仓口处须有1名人员协助把活体动物（如鸟类）放入土仓下部持续30min观察，确认安全后，第一名作业人员先进土仓观察掌子面的地质情况及其它情况，人员进入仓内要有绳索绑扎由仓外人员拉紧，如有特殊情况随时拉出。

4.5.5 土仓内通风与气体检测

洞外通风机设置在盾构机的右侧，位于洞外新鲜风流附近，保证管路的畅通。同时在土仓口安置1台风机，洞内通风机采用380v电压，风量25m3/min的中压式风机，确保通风连续。

4.5.6 清障施工

当上部土仓压力降至0～0.1bar后，先利用闸门旁Φ50mm观察孔观察仓内土体情况，在确保安全后便可打开闸门进入土仓内进行清障作业。

进仓作业人员主要使用工兵铲、洋镐及手持风镐进行开挖，搅入土仓的PE管使用电动往复锯进行割除。

4.5.7 关闭仓门

土仓异物处理完毕后对土仓及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗留在土仓内。确认后关闭所有预留送风口、排气口、阀门及仓门，一切符合要求后盾构机恢复掘进。

5 结束语

本次极软流塑地层盾构开仓清障施工工法通过应用“三轴搅拌桩土体加固+钻孔排桩取土、盾构空推+ 降水辅助+常压进仓清障”的综合工艺，从盾构机周边土体加固，钻孔取土，盾构空推，降水辅助，出渣降压、常压进仓清障等工序步骤来分析，总结一套系统、规范、安全、可靠的在极软流塑地层下，盾构开仓清障施工工艺，以期在同类型工程中起到一定的指导与借鉴作用。

参考文献：

[1] 建筑地基处理技术规范.北京；中国建筑工业出版社，2012年

[2] 建筑桩基技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2008年

[3] 水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2004年

[4] 盾构法隧道施工与验收规范.北京：中国建筑工业出版社，2017年

（作者单位：1浙江杭海城际铁路有限公司；

2中铁隧道局集团有限公司市政工程公司）