砂卵石地層具有底層顆粒粒度不均一，孔隙度大，粘結性差，透水性好的特點，在施工中由于其特性可能會出現一些風險隱患，因此，砂卵石地層施工需要一定的控制措施。本文就分析了砂卵石地層的特性，并針對這些特性提出了相應的施工對策。

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　　砂卵石地層由于其特殊地質條件，盾構施工中存在較大風險，本文通過掘進中地表沉降塌陷、盾構刀具磨損和換刀、盾構掘進軸線偏差施工風險的分析及控制措施，掘進參數控制及渣土改良達到降低盾構施工風險。

　　1、工程概況

　　長沙軌道交通1號線一期工程桂花坪站至省政府站區間位置處于長沙市芙蓉南路上，芙蓉南路現狀道路為雙向6車道，區間巖性分布較復雜，隧道圍巖分類為Ⅰ～Ⅴ級，隧道上部第四系底層厚6～27m，巖層厚度變化大，上方覆蓋層不穩定。從上到下地層主要為：填土、粉質粘土、粗砂、礫砂、卵石層、強中風化泥巖層。盾構施工隧道范圍內主要為砂卵石、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，均為極軟～軟巖，遇水崩解。

　　2、施工風險分析與對策

　　2.1掘進中地表沉降塌陷風險及控制措施

　　2.1.1風險分析

　　①隧道頂部覆土自穩能力差，盾構掘進時平衡土壓力過小，可能引起地面塌陷。

　　②受砂卵石土層和較大滲透率的影響，土倉內不易形成不透水流塑性狀態的碴土而不能建立土壓平衡機理，同時容易產生涌水、涌砂，造成細顆粒物質大量流失，引而造成地表塌陷。

　　③掘進過程中，實際出土量遠大于理論出土量，地層損失過大。

　　④盾構掘進過程中，同步注漿不及時，也會引起地面塌陷。

　　2.1.2安全施工控制措施

　　①根據地質情況、隧道埋深(16m～23m)等參數，設定合理的土倉平衡切口土壓力(1.5bar～2.0bar)，并防止過大波動。

　　②盾構螺旋機在推進過程中將防涌門開到合適開度，在富含承壓水卵石地層中發生噴涌時，立即后退螺旋機放下后閘門，先隔斷大噴涌情況，再進行艙內渣土改良。

　　③配置優良的碴土改良系統，選取質量較好“合東雙”品牌泡沫劑和鈉基膨潤土外加劑進行儲備，現場以泡沫劑為主要添加劑使用;經過出土取樣試驗，渣土含泥量在8%-14%左右，遠低壓土壓平衡盾構安全掘進所要求的30%含泥量標準，因此在艙內渣土含泥量較少出土困難時，增加注入膨潤土漿提高土倉中砂卵石土的流塑性和止水性;現場配備聚合物添加劑，采用膨潤土罐攪拌儲存，并在掘進時同步注入開挖艙，保證開挖面穩定，建立土壓平衡，從而避免地表沉陷。

　　④即將進入砂卵石層時，出渣口安排專門技術人員進行盯守，填寫出渣統計表，發現出渣渣土變化時及時報告至操作室;在砂卵石層地處掘進時，對土箱進行不間斷清理，盡量接近土箱設計存量，現場人員根據渣斗每格容量判斷是否超挖，控制出渣量，原則上控制砂卵石層出渣54～58m3，嚴禁超挖。

　　⑤及時進行同步注漿及二次補注漿，根據設計要求，以1.7倍松散系數為標準，同步注漿量控制在7.5m3～8m3,，現場以保障注漿量為目的，參照注漿壓力。不間斷的在盾構施工過程中進行跟蹤注漿，在掘進完成地段發生地表沉降超限且二次補注漿不能及時跟進時，首先盾構機快速掘進完成掘進循環并轉換土壓平衡模式進行保壓停機，采用同步注漿系統外接20m鋼絲軟管管路對沉降段管片頂部壁后開孔注漿，漿液采用單液漿或者砂漿，液漿在井口攪拌或者制作快速運輸進入盾構機。

　　2.2盾構刀具磨損和換刀的風險及控制措施

　　2.2.1風險分析

　　①盾構掘進砂卵石層地段較長，開挖面有些地段卵石粒徑較大，可能形成漂石，盾構掘進時，刀盤切削受力不均，不易轉動，容易造成刀具偏磨，根據地層情況，刀具磨損無規律性，換刀位置不好確認。

　　②常壓進艙在檢查、更換刀具時，必須清空出土倉內的部分碴土以提供工作空間，原有的土壓平衡被打破，由于卵石土層自穩能力差，掌子面土體容易坍塌，導致作業人員傷害，或引起地面坍陷。

　　③帶壓進艙更換刀具，人員加減壓控制程序要求嚴格，艙內作業效率低，施工作業人員風險大。

　　2.2.2風險控制措施

　　①桂省區間掘進起訖里程YDK29+121.4～YDK28+278.5，總長842.9m(562環)，根據地質勘查縱斷面圖顯示，YDK28+788.5～YDK28+278.5(222環～532環，長510m)及ZDK28+740～ZDK28+278.5(254環～562環，長461.5m)范圍內盾構隧道斷面逐漸進入砂卵石層，盾構在到達前進行一次開倉刀盤刀具檢修工作。同時對盾構機進行全面檢查與保養，確保盾構以良好狀態通過砂卵石層。

　　②進入砂卵石層后，調整優化掘進參數，原則上準備一次性通過砂卵石段出洞。

　　③由于砂輪石地層中卵石含量的不規律性，刀盤刀具磨損將無法確定，考慮刀具磨損嚴重無法掘進情況，選擇YDK28+475～YDK28+510(408～431環，隧道上覆粗砂層、隧道斷面上部2m為卵石層、下部為粉質粘土層及全風化泥巖)位置，ZDK28+500～ZDK28+560(374-414環，隧道上覆卵石層、隧道斷面為全風化泥巖)位置作為第二次開倉換刀點。在必須情況下需要換刀，先進行常壓開倉試驗，無法達到要求時再進行加壓開倉。

　　2.3盾構掘進軸線偏差風險及控制措施

　　2.3.1風險分析

　　①盾構掘進過程中，地層突變以及推進姿態不易控制，盾構推進軸線過量偏移導致隧道設計軸線發生偏差。

　　②盾構超挖或欠挖、糾偏不及時、測量誤差與同步注漿量不夠也可能造成軸線偏差。

　　2.3.2風險控制措施

　　①桂省區間YDK28+827～YDK28+760(196環～241環)及ZDK28+780～ZDK28+705(227環～278環)為隧道斷面地層變換段，極易發生姿態偏移，注意控制掘進參數，調整盾構姿態。

　　②正確設定平衡土壓力，減少超挖與欠挖現象，控制好盾構姿態;

　　③盾構姿態發生偏差時及時糾偏，使盾構正確地沿著隧道設計軸線前進，盾構姿態發生較大偏移時采用及時屏蔽油缸、增加土倉壓力、增加推力、減慢推進速度等措施進行糾偏，建議備用外接液壓頂推系統，糾偏時切記過猛，遵循緩慢糾偏原則，每環糾偏量控制在5mm～10mm范圍內。

　　④盾構掘進過程中經常校正、復測及復核測量基站;施工按質保量做好注漿工作，保證漿液質量和注漿量。

　　3、 掘進參數控制及渣土改良

　　3.1掘進參數控制

　　①推進速度控制：在保持土倉壓力的穩定，掘進速度必須與螺旋輸送機的轉速相符合，同時必須兼顧注漿，確保漿液能均勻填實管片與地層的空隙，根據施工的實際情況確來嘗試，砂卵石段推進速度保證在40～50mm/min為宜。

　　②刀盤轉速：刀盤轉數與掘進速度相矛盾，轉數小了，速度上不去，轉數大了，刀盤磨損嚴重，擾動大，在保證刀盤安全的前提下，盡量提高刀盤轉速，刀盤轉數應控制在1.2rpm/min～1.5rpm/min為宜，確保不換刀一次快速通過。

　　③出碴量的控制：每環掘進出碴量根據試掘進段取得的參數進行控制。出碴量控制可通過推進速度與螺旋輸送機轉速來實現，每環出渣量控制在54～58m3，出渣口技術員根據掘進進尺和渣車中渣量進行檢查控制超挖，龍門吊司機倒渣時進行復核，一旦超挖，立即上報。

　　④推力與扭矩：在保證高速掘進速度的同時，推力和扭矩要適中，其原則是，只要掘進速度能上去，盡量采用小推力、小扭矩，一旦推力和扭矩突變，一定要進行分析后，再繼續掘進。

　　3.2渣土改良方法

　　渣土改良技術主要是輔助材料的使用和配比控制，改良渣土的和易性在土壓平衡盾構砂卵石掘進中比較重要。

　　①泡沫劑的使用：泡沫劑在砂卵石地層中主要起到潤滑作用，降低磨損保護刀具，同時有效降低渣溫等作用。應盡量選用偏重于潤滑性能為主的泡沫。具體添加量要根據地層而定，泡沫加注參數如下：a.膨脹率值在1：10～1：20之間;b.注入比值在15%～20%之間。

　　②加泥系統的使用：膨潤土的合理加入也可起到與高分子材料的同樣作用。我部對省政府站開挖時隧道斷面范圍取樣試驗，砂卵石地層本身含泥量小于10%，含泥量較小，可以在開挖面加入鈉基膨潤土泥漿，一般以300目左右細料為宜，在地面先進行發酵后使用，不僅避免堵管帶來的風險，而且渣土改良效果較好，膨潤土：水=1：1的比率。

　　③高分子聚合的使用：在砂卵石層的掘進中，適量加入高分子材量，能有效改良渣土的和易性，預防渣水分離而產生噴涌等不利情況。根據對比分析，高分子聚合物只能作為應急使用，其參量為1%～3%。

　　4、結語

　　降低盾構刀具及刀盤磨損是一大重點。若地層中的大粒徑卵石含量很高，應考慮加裝高稠度膨潤土液注入系統。在砂卵石地層中進行盾構施工，若累計沉降在允許范圍內，保持低土壓推進對降低刀具磨損有利。做好土體改良，使螺旋輸送機能將卵石和砂子一起排出土倉。通過對土體的塑流化改良，可以顯著降低推進阻力、降低刀具磨損，還有利于砂卵石的順利輸送，達到了快速施工的要求。