盾构施工针对液化地层的措施及管控要点

　　摘要：一、什么是液化地层 土壤液化为一类地盘破坏的方式。土壤液化主要发生在砂质土壤为主并且地下水位较高的区域，例如海岸地区、河水行经的冲积平原区或旧河道分布区等。这些区域常分布一些充满地下水而饱和的疏松砂土，由于它们本身的结构较弱，很容易因为外力而发生土壤结构的改变。 在平时，地下水的压力与土壤层间的压力

一、什么是液化地层

土壤液化为一类地盘破坏的方式。土壤液化主要发生在砂质土壤为主并且地下水位较高的区域，例如海岸地区、河水行经的冲积平原区或旧河道分布区等。这些区域常分布一些充满地下水而饱和的疏松砂土，由于它们本身的结构较弱，很容易因为外力而发生土壤结构的改变。

在平时，地下水的压力与土壤层间的压力维持一个平衡状态，地下水与土壤层之间保持接口上的稳定，并不会侵入上面的土层。但是当土体承受一定强度的振动作用时，地下水的移动情形将大过砂土能将多余水分排出的速率。这时土体孔隙中的水压力，由于来不及消散而累积上升，并导致土壤剪力强度降低。当此情形继续演变，孔隙水压会增大到足以使土粒在孔隙水中悬浮，这时土层颗粒的承载力顿时会被水给取代，土壤结构内部会变成像液体一样可以流动的情形，最终导致整个地盘失去承载力并且大量变形。此时若砂土层液化的位置较浅，或者地表分布疏松的孔隙，泥水还可借着压力沿着裂隙喷发到地表，形成喷砂的现象。土壤液化发生的区域容易造成地上建筑物的倾斜、下陷、结构性损坏、甚至倒塌的情形。

二、盾构施工中地层液化的危害

盾构施工中刀盘转动、开挖面土压力、地层对盾体和管片的作用力及盾尾回填注浆压力等参数是此类地层液化条件。盾构作业周期性特点致使饱和粉细砂地层发生区域性液化，这种液化相对于盾构施工来讲是灾难性的。

1）盾尾和螺旋输送机后仓门突水、涌砂。盾构推进过程中砂层受振动孔隙水压力增大，造成喷涌。

2）刀盘扭矩大，造成渣土控制困难。盾构推进过程中推力大，砂层水压大，刀盘扭矩也变大；推力小，出土量就大，造成掌子面砂层坍塌，刀盘扭矩也会瞬间增大，出土量控制非常困难。

3）注浆压力大、盾尾和管片背部注浆困难。由于受地层液化影响，盾尾间隙形成的同时，会被孔隙水填充，注浆困难。

4）控制地表沉降困难。由于控制出土量困难，注浆困难，同时还存在着喷涌和液化的现象，控制地表沉降异常困难。

5）地铁运营期间，列车运行时的震动易造成地层液化，导致隧道沉陷、变形。

三、盾构施工针对地层液化采取的措施

1）从盾构构造特点着手，最大化地发挥设备各个部分的性能，减少喷涌的情况。严格控制盾构姿态和盾尾间隙，避免盾构蛇行造成盾尾与管片间隙不均影响盾尾刷作用，造成涌砂。

2）为防止盾尾涌砂造成地层损失，在每块管片纵向靠外侧贴30mm厚海绵条；并根据实际情况在管片外部与盾壳之间在拼装的时候压设10cmx10cm海绵条封闭一圈。

盾构在推进过程中盾尾出现喷涌盾构在推进过程中盾尾出现喷涌

3）根据监测信息不断优化推进参数：

刀盘转速：0.9~1.2r/min；总推力：14000-20000kPa（减少对周围土体的扰动，防止地层液化）；

推进速度：40~60mm/min（保证同步注浆量，有效回填地层开挖间隙）。

螺旋输送机转速：4~9r/min;

后仓门开度：150~220mm（防止喷涌，加强渣土管理）；

油缸行程差≤5cm；铰接油缸行程差≤6cm（确保盾构姿态和管片姿态，更有效发挥盾尾刷的作用）。

盾构推进参数图

4）推进过程中往土仓和掌子面注入膨润土浆液改良渣土。由于膨润土的注入有效地保证了土仓的压力，可以更好的控制出土量，让砂层过剩孔隙水压力释放的同时增加砂层的密实度，减少液化情况的发生；注入膨润土后盾体周围全部是被改良后的渣土，减小了盾尾注浆压力，可以有效地减少回填地层损失，减小地表沉降。

5）严格规范同步注浆操作，以注浆压力和注浆量进行双控保证环形间隙填充质量；注浆管路要保证顺畅，严格执行“掘进与注浆同步，不注浆不掘进”的原则。

6）重视粉细砂地层盾构施工风险分析与施工监测信息，确保监测的时效性，及时对监测数据进行分析，并反馈到施工现场指导施工，实施信息化施工。

（1）不断总结、完善该地层沉降发生原因、发生时段和位置，根据沉降规律采取针对性控制措施。可采取管片背部二次注浆措施，注浆量根据监测信息不断调整，直到最佳化。

（2）根据粉细砂地层特点，不断调整优化盾构施工参数，做好渣土管理、同步注浆管理和渣土改良等工作。

盾构管片二次注浆

7）为确保后期运营和周边建筑物安全，可在盾构掘进过程中和隧道贯通后采取洞内深孔注浆对液化地层和风险源进行加固。

四、监理管控要点盾构掘进中监理管控要点

1）严格控制盾构姿态和盾尾间隙，避免盾构蛇行造成盾尾与管片间隙不均影响盾尾刷作用，造成涌砂；

2）控制同步注浆量以及注浆压力，保证环形间隙填充质量；

3）重视施工监测信息，及时对监测数据进行分析，指导现场施工，调整优化施工参数，对发生沉降的部位及时采取补救措施。

洞内深孔注浆监理管控要点

1）保证注浆孔深度，满足地层加固的需求，钻孔过程中密切观察开孔位置溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，封堵孔位后，分析原因后在进行施工。每钻进一段检查一段，及时纠偏，防止出现渗漏水；

2）深孔注浆主要目的是加固地层，做到既能填充同时又不产生劈裂。注浆压力太大，容易破坏周围土层造成跑浆和成型隧道变形；注浆压力过小，达不到地层加固效果。具体施工中，浆液配比、注浆压力根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验进行确定，注浆同时密切关注管片情况，当压力突然上升应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移孔等措施重新注浆；注浆量根据加固地层的深度需求和加固地层土质孔隙率计算确定；

3）确保封孔质量，防止通过注浆孔出现渗漏水，注浆孔采用注浆孔盖帽配合微膨胀水泥进行封孔。首先清除注浆孔内泥浆，清理后的注浆孔内应干净无浮灰。然后采用微膨胀水泥砂浆封堵并安装注浆孔盖帽。