摘要：随着我国城市的高速发展，城市地下空间得到了广泛的开发与利用，以地铁为代表的城市轨道交通在城市地下空间的利用上有着举足轻重的作用，地铁隧道施工中盾构法是当下应用较为广泛的方法之一，尤其是泥水盾构在穿江越河的隧道施工中起着不可替代的作用，而富水砂层泥水盾构始发、掘进施工,一直都是盾构隧道施工的重难点。
关键词：地铁；泥水盾构；富水砂层；选型
引言
在进行富水砂层盾构施工时，由于该土体自身较为敏感，因此在施工中难以有效保持原有土层状态的稳定，容易出现隧道喷涌及地表塌陷等问题。为了改善富水砂层盾构施工质量，施工人员需要结合当地的地质条件合理设计盾构设备运行参数，并调节渣土改良配合比，以保持土层的稳定。
1富水砂层盾构施工技术
结合南昌市轨道交通4号线一期工程土建二标三工区施工实际，通过对南昌轨道交通1号、2号线盾构在富水砂层中掘进及现场试验发现，单靠注入膨润土进行渣土改良，无法有效地改变渣土的“塑性流动状态”，且容易出现扭矩增加，螺旋机出渣不均匀，掘进速度不稳定，掌子面容易失稳的情况。采用膨润土和泡沫剂进行渣土改良后，渣土改良效果得到了很大的提高，渣土流动性较好，出渣均匀。膨润土配合采用膨润土∶水=1∶10，泡沫剂原液比采用2.5%~3.5%的比例充分发泡进行，泡沫液耗量控制在55~60L/环，碴土改良效果较好。做好始发和接收前的盾构机检修工作，避免在始发和接收时出现机械故障。盾构机顶进洞门、开始向前掘进时暂不出碴、超量注入泡沫和膨润土改良渣土，以建立土仓压力，稳定开挖面土体，待土仓内全部积满渣土后，再根据掘进速度控制出渣量，避免出现超挖，引起地表沉降。盾构掘进临近接收洞门时，应严格控制盾构机的姿态，避免出现“叩头”现象。控制掘进速度、逐步减小土仓压力与推力，切口环超过帘布橡胶后及时接紧钢丝绳，防止泥砂流出。由于本次盾构施工会经过富水砂层，因此在施工时需要调整掘进参数并优化渣土改良过程，避免实际施工中出现喷涌及地面隆沉等问题。在盾构机的螺旋输送机出渣口配置双闸门，避免出现喷涌时无法有效关闭出渣口，造成泥砂涌入盾构机内。主要防止措施有以下要点：（1）土仓压力要高于净水压力，避免外界水进入土仓，防止土仓内因地层中大量水的进入而产生泥砂分离、离析进而造成喷涌；（2）控制土仓加水的量，尽量做到出渣偏稀但不离析；（3）具备高分子聚合物加入系统，土仓渣土离析产生喷涌而不可控时可按照高分子聚合物使用说明适当加入作为应急措施；（4）尽量缩短停机时间，加强工序衔接，连续施工是克服喷涌的关键。
2盾构选型
(1)从地层特性上来看，在本工程施工中，两种盾构机都可以使用，但是泥水平衡盾构机对粘土的分离较困难，地表施工占地面积大，施工成高，所以此工程选用土压平衡盾构机较为适宜。(2)此工程主要穿越砂质粉土层和粉砂层，通过勘测发现，粉砂土质较均匀，穿越地层颗粒级配曲线分布在土压平衡和水泥平衡盾构机适宜的范围之内。此工程穿越土层土质较为均匀，细颗粒含量多，容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力平衡开挖面土体，较适宜采用土压平衡盾构机。(3)淮安东站地铁穿越土层主要为粉砂层，淮安东站粉砂层的渗透系数大于10－4m/s，宜选用泥水平衡盾构机更为合适;砂质粉土层的渗透系数小于10－4m/s，选用土压和泥水平衡盾构机都可以。由勘探资料可以看出，穿越土层的细颗粒含量占很大比重，在掘进过程中，会产生细粒粉土，泥水平衡盾构机泥水分离难度大，并且排渣效率低。因此选用土压平衡盾构机更为适宜。(4)在对本工程盾构下穿范围的管线的现状进行实地调查，实地调查后，发现下穿范围内无管线及其他预埋设施，所以选用泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机都可以。但由于泥水平衡盾构机工艺复杂，辅助设备多，尤其是需要配置专门的泥水处理系统，其占地面积大、施工投入大，所以本工程宜选用土压平衡盾构机。
通过从本工程的地层特性、颗粒级配、渗透系数、周边环境以及经济指标对泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机进行对比和分析，可以得出本工程施工采用土压平衡盾构机。
3富水砂层地铁隧道盾构施工措施
3.1盾构推进速度及推力选择
在盾构穿越北三环隧道和龙湖前，为更好地控制施工参数，以穿越前20环(30m)作为试验段，根据覆土深度、出土量、地面沉降监测等数据制定合理的穿越段施工参数，通过控制合理的推进速度，使盾构匀速慢速施工，减少盾构对土体的扰动，达到控制地面变形的目的。通过前期推进经验总结，在正常推进时，推进速度控制为3～5cm/min为宜，盾构总推力控制为25000kN左右，而在穿越北三环隧道和龙湖过程中，推进速度控制为2cm/min，盾构总推力控制为20000kN左右，推进过程加强土体改良措施，通过刀盘正面土体改良，将刀盘扭矩控制为2500kN·m左右。
3.2环形钢板的焊接
盾构始发前，提前通知管片场制作一环管片背部预埋钢板的管片，钢板宽度1000mm，厚度10mm，位于管片背部中间位置。根据始发井长度，预先做好负环排列设计。以福州地铁二号线金祥站至祥坂站盾构区间为例，负环总共9环，0环环宽600mm处与洞门钢套相切。封洞门施工采用厚度10mm的环形钢板，环宽450mm，长度1000mm/段～1500mm/段。当盾构机推进至盾尾止浆板与洞门钢套重合时，刀盘进入加固体8.79mm，加固体长度12m，此时整个盾构机仍处在加固体中，停机，准备封洞门施工。焊接前将折页版、洞门帘布拆除，将洞门钢套与管片通过环形钢板焊接，要求满焊，范围为整个洞门钢套，如图5所示。通过以上施工方法，理论上在洞门钢套与管片之间可以形成一个有效的密封腔，并且满焊的钢板有一定的强度，可以满足泥水盾构正常掘进施工的压力要求。
3.3始发段盾构掘进
盾构始发段掘进，是盾构施工中最重要的环节之一，盾构始发段一般分为2个阶段。第1阶段加固体内掘进，第2阶段出加固体至正常地层中的掘进。由于工作原理不同于土压盾构，泥水盾构在加固体掘进时需要良好的泥浆作为施工的保障，同时，经过加固的地层在刀盘开挖的时候会出现较大的渣块，且硬度较大，需要盾构机配备的破碎机进行破碎处理，才能保证正常的渣土置换。根据福州泥水盾构施工经验，当膨润土泥浆比重为1.15g/cm3～1.25g/cm3，粘度控制在32s左右时，泥浆不仅能在掌子面快速形成有效泥膜，还能具备良好的流塑性以及挟渣能力。泥水盾构按泥浆循环方式可分为正循环模式和逆洗模式。通常情况下，正常掘进采用正循环模式，即泥浆自进浆管进入，从排浆管排出。考虑到富水砂层的地质特殊性，为严格控制在盾构机出加固过程中周边建筑、管线等的沉降，保证盾构掘进安全，采用逆洗泥浆循环模式。
结语
(1)盾构选型必须要有科学的根据和合理的分析，根据工程地质、水文条件和不同类型盾构的适用性和经济效益等因素综合考虑。(2)在本地层条件下的盾构选型需要综合考虑盾构系统的功能进行合理配置，保持盾构机对此地层的适应性。此外，要充分考虑到盾构机在施工过程中出现的情况，保证盾构机能够顺利施工。(3)本文提到盾构机施工过程中出现的问题，为类似的地质条件的施工提供参考。
参考文献
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