盾构掘进中地面塌陷加固技术.docVIP

摘要：盾构掘进过程中，由于不良地质、机械故障等因素引起掌子面的不稳定而坍塌，进而引起地面塌陷，导致影响工程的正常进展。分析广州地铁某盾构区间在海边出现的地表塌陷原因，介绍采取的加固技术措施，为盾构施工积累经验教训。 关键词：盾构掘进；地面塌陷；原因分析；加固措施 ????? 盾构施工已经广泛用于地铁工程建设中，但同时在施工中也发生过各种各样的施工事故或故障。总结事故或故障的经验教训，对今后类似工程施工的预防和应对，对降低盾构工程的风险，保证盾构工程安全顺利的实施，有借鉴指导意义。 1工程概况 1.1工程范围 ????? 广州轨道交通4号线大学城专线仑大盾构区间，北起仑头后底岗盾构始发井始发，经仑头村穿越仑头海至官洲岛，到达官洲站，通过官洲站再次始发后经官洲村、官洲河，至大学城吊出井，总长为2826.5m，其中盾构法区间隧道为2301.3m。 1.2施工情况 ????? 2005年2月12日22时右线盾构机掘进至YDK17+225时(第686环)，螺旋输送机出口闸门出现突水、喷涌现象，大量淤泥喷出，稀粥状的淤泥全部从出土口流下，少量风化岩块被输送至渣斗车。海面发生冒泡现象，大量泡沫溢出海面上，同时海岸堤坝和水闸相继发生下沉变形与开裂。 2 塌陷原因分析 2.1地质方面 ????? 从该区间的地质纵断面来看,隧道结构处于强风化混合岩、中等风化混合岩、微风化混合岩地层中，离结构顶部0.7m是淤泥层（图1）。而在工程地质补充勘察报告更显示是淤泥层、中等风化混合岩、微风化混合岩地层，淤泥层已经侵入隧道结构内，这是典型的上软下硬地层，不利于盾构掘进。 2.2盾构掘进方面 ????? 盾构以土压平衡模式进行掘进，盾构掘进过程中的前一次换刀是在576环，至685环已掘进了110环，而且所掘进的地层均为强风化混合岩、中等风化混合岩、微风化混合岩地层，这种地层对刀具的磨损影响较大，掘进了110环，刀具应该磨损已经比较严重了。盾构机此时掘进速度为1～4mm/min，推力19500～23000kN，扭矩3400～4000kN·ｍ，渣土温度55℃。由此可以判断盾构机无法正常切削岩石掘进，刀具磨损严重。由于盾构无法正常切削硬岩掘进，刀盘、刀具就几乎是在原地磨压岩面，淤泥质土源源不断地进入土仓，螺旋输送机输出的只能是淤泥质土，所以螺旋输送机闸门出现严重的突水、喷涌现象，大量淤泥喷出，稀粥状的淤泥全部从出土口流下。 2.3海面方面 ????? 当时海面上出现大量的气泡，同时白色的油脂泡沫源源不断地溢出，并迅速布满周边。从船上用竹竿往下插，冒泡处地表比周围低1m左右。退潮后发现该处塌陷成一个深凹。根据地质详勘资料，此段地层从上至下依次为淤泥层、淤泥质粉细砂层、中粗砂层、强风化混合岩、中等风化混合岩，盾构穿越地层为淤泥层、强风化混合岩、中等风化混合岩。发生地面沉陷后，盾构机土仓内充满土体，部分为淤泥质土，其上中粗砂地层发生下陷，造成盾构上方地层与地表连通，所以出现冒泡和泡沫溢出的现象。 ????? 从上述３个方面分析可以看出，在此段地层由于盾构机刀具磨损严重，无法正常掘进，导致淤泥质土源源不断进入土仓，同时土仓所建立的压力，击穿中粗砂，致使地层与地面连通。由于盾构机刀具已经严重磨损，无法对前部的中风化及微风化岩进行掘进，同时地层与地面已经连通，无法使土仓压力保持稳定，无法进行带气压作业。因此需要进行地层加固来稳定掌子面进行换刀作业。 3加固方案的实施 ????? 由于塌陷是在海蔓滩(亦是水闸进出口)，所以最初的加固方案是，在加固之前先行筑岛。官洲岛是个四面环水的岛屿，周边无道路、无材料，只能通过运沙船，进行吹沙筑岛。在水闸的上下游，分别用编织袋堆码宽度2m的挡土墙，高于涨潮水位1m，利用吹砂机向中间输送砂子。完成筑岛后，在盾构机刀盘前0.8m钻1排φ1200mm、C30素混凝土桩，共13根，桩底至中风化岩面，桩间止水采用旋喷水泥浆。素混凝土桩前进端采用3排φ600mm旋喷桩，桩底至中风化岩面。素混凝土桩后退端采用5排φ600mm和2排φ300mm旋喷桩，桩底至盾构机。加固方案见图2。 ????? 最初的加固方案确定后，在施工钻孔桩过程中，成孔进尺相当缓慢，从钻出的渣样看是花岗岩片石。经调查，原有堤坝基础施工时有回填片石（是花岗岩片石），并且堤坝基础为钢筋混凝土结构。这样，钻孔桩和旋喷桩的施工都极其困难和相当缓慢。因此，必须对原有加固方案进行修改，以适应工期的需要。 考虑到该处无法运输混凝土，要灌注混凝土只能通过用船从海上运输，并且泵车也得用船运来，并在船上进行灌注混凝土，由于海水的涨退潮关系，混凝土的输送管道需100多米长，在海面上难以架设。因此，加固方案修改为利用旋喷桩＋斜打袖阀管至盾构机顶部然后进行压注水泥浆，改善淤泥层范围内的土质，增强强度。加