CN109458184A - 湖下浅埋段盾构施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湖下浅埋段盾构施工方法，属于盾构隧道施工领域，包括：在确定湖下浅埋段上方所要施工的围堰位置后，自岸边向湖内顺坡滑落的方式往湖中投放砂袋并合拢形成围堰；再将合拢成型的围堰内湖水疏干并在其底部铺设砂袋垫层；接着对砂袋垫层下方的软弱地层实施搅拌桩加固；待搅拌桩加固实施后，清除砂袋垫层并挖去软弱地层上方表面土层；再向围堰内抛填厚片石或块石，且边填石边振压，兼做注浆平台；接着对软弱地层进行注浆加固，待注浆加固强度达到要求后盾构穿越湖底浅埋段，并在盾构穿湖后，撤除砂袋围堰，清除湖中遗留物。本发明对湖下浅埋段的软弱地层做到及时加固填充，避免导致过大的湖底沉降，防范喷涌或者大面积塌方等事故影响工程安全及环境安全。

Description

湖下浅埋段盾构施工方法

技术领域

本发明属于盾构隧道施工技术领域，适用于地下工程建设，具体涉及一种湖下浅埋段盾构施工方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，我国一些发达地区已经进入了大规模开发利用地下空间的时代，而地铁的建设将是我国21世纪城市地下空间开发的重点，在城市地铁网的建设中必然存在区间隧道相互穿越的工程问题，即盾构机长距离穿湖施工，掘进断面砂层分布较广，湖底隧道，埋深较浅，受沉降或***敏感等因素影响，盾构施工存在较大风险，且持续时间长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种湖下浅埋段盾构施工方法，对湖下浅埋段实施围堰、搅拌桩加固、注浆加固加固及抛填厚片石等，使软弱地层做到及时加固填充，避免导致过大的湖底沉降，防范喷涌或者大面积塌方等事故影响工程安全及环境安全。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种湖下浅埋段盾构施工方法，在确定湖下浅埋段上方所要施工的围堰位置后，自岸边向湖内顺坡滑落的方式往湖中投放砂袋并合拢形成围堰；再将合拢成型的围堰内湖水疏干并在其底部铺设砂袋垫层；接着对砂袋垫层下方的软弱地层实施搅拌桩加固；待搅拌桩加固实施后，清除砂袋垫层并挖去软弱地层上方表面土层；再向围堰内抛填厚片石或块石，且边填石边振压，兼做注浆平台；接着对软弱地层进行注浆加固，待注浆加固强度达到要求后盾构穿越湖底浅埋段，并在盾构穿湖后，撤除砂袋围堰，清除湖中遗留物。

进一步，所述围堰的上下层砂袋互相错缝，堰顶的宽度不小于2.5m，高出水面不低于0.5m，堰堤内、外侧的坡度按照1:1进行放坡。

进一步，待围堰合拢成型后，采用防水布将围堰外侧进行整体包封。

进一步，所述软弱地层上方表面土层的厚度为0.5m～1.0m。

进一步，所述砂袋垫层的厚度不小于0.5m。

进一步，所述软弱地层实施搅拌桩加固的竖向范围为湖底以下1m至隧道底部以下1～3m的内的土体。

进一步，所述注浆加固包括在围堰内的***采用水泥和水玻璃双液浆以及在内部采用水泥单液浆。

进一步，所述注浆加固的平面范围为隧道外边缘线外扩2～4m，竖向范围为隧道中心线至隧道底部以下1～3m内的土体。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明对湖下浅埋段实施围堰、搅拌桩加固、注浆加固加固及抛填厚片石等，使软弱地层做到及时加固填充，避免导致过大的湖底沉降，防范喷涌或者大面积塌方等事故影响工程安全及环境安全。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明湖底地质断面图；

图2为本发明软弱地层实施注浆加固方案的平面图；

图3为本发明软弱地层实施搅拌桩加固的断面图；

图4为本发明软弱地层实施搅拌桩加固的平面图；

图5为本发明盾构掘进施工控制图。

具体实施方式

以下将接合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

以某工程建设的规划设计为例，其工程地质如图1所示，区间范围内地质从上至下依次为素填土层、粘土层、粉土层、砂层、圆砾层、泥岩层，隧道穿越基本位于圆砾层中。填土层平均厚1.62m，粘土层平均厚2.3m，粉土层平均厚6m，砂层平均厚1.8m，圆砾层平均厚10.25m。泥岩平均厚2.73m。地下稳定水位埋深约为7.38m～8.8m，南湖段水位埋深为3.5m左右。穿越南湖段基本位于软塑～流塑状粘土层及粉细砂层中，过南湖段盾构顶板埋深4.2～10m。设计方案对埋深小于6m地段的软弱地层进行加固处理。

盾构穿湖段各地层参数一览表

(1)区间长约1155米，但地质多样，先后穿越圆砾层、圆砾泥岩复合地层、淤泥地层、南湖等，同时四此穿越素混凝土桩墙，四次穿过加固区，对盾构的选型和刀具配置提出了更高的要求，必须在施工前做好选型分析和针对性措施。

(2)区间走向沿线高楼林立，侧穿多个高大建筑物，且经过湖水风景区，环境对盾构掘进要求非常高，施工的风险就是在掘进过程中必须高度重视，严格控制沉降，杜绝坍塌和沉陷，同时确保盾构掘进的安全，是施工的重点和难点

(3)湖下穿越浅埋段，局部全断面粉细砂层，软弱地层加固后可能存在软硬不均，既要考虑通过性，又要防止盾构穿越南湖地段时发生喷涌，如何保证盾构穿越南湖有序、平衡、平稳，是本区间施工控制的重点和难点。

(4)左线ZCK20+640～ZCK20+890(250m)、区间右线YCK20+638.67～ZCK20+892.6(253.93m)盾构下穿南湖，最小埋深4.2m，浅埋段146m隧道底部基本位于粉细砂层中，端头位于淤泥质粉土地层。选择合适的加固方式和工法，既要保证加固体的适应性，又要适宜盾构的穿越，是工程的重点和难点。

总体施工方案：根据地层特性和盾构适应性分析，本区间采用两台土压平衡盾构施工，从起点站先后始发，到南湖站接收。盾构始发前对接收端头进行三轴搅拌桩和注浆加固，增强土体稳定性和抗渗性，确保盾构机到达安全；同步施作南湖段埋深小于6m地段砂袋围堰，围堰高出水面约0.5m，排出水后对围堰范围内抛填1m厚片石(或块石)，形成平台，在平台上对软弱地层进行注浆加固，加固平面范围为隧道外边缘线外扩3m，有效加固范围约为25.5m×146m；竖向范围为隧道中心线至隧道底部以下1.0m～3.0m范围内的土体，竖向有效加固范围约为4.0m～6.0m。加固强度达到要求后盾构穿越，盾构通过南湖后，撤除砂袋围堰，清除湖中遗留物。

关键施工技术：

1、湖中围堰施工

如图2-4所示，围堰施工前应先对现场进行勘察，查看现场水文地质情况，选择、准备好合适的材料；根据图纸进行测量放样，确定围堰位置；自岸边向湖内顺坡滑落的方式向湖中投放砂袋，砂袋内应采用对南湖水质无污染的河砂，砂袋应上下层互相错缝，堰顶的宽度不小于2.5m，高出水面应不低于0.5m，堰堤内、外侧的坡度按照1:1进行放坡。待围堰合拢成型后，为减少渗漏，可采用防水布将围堰外侧进行整体包封(防水布需保证一定量的搭接长度)。

围堰施工完成后，应先将围堰内湖水疏干，对湖底铺设不小于0.5m的砂袋垫层，后对软弱地层加固施工，加固实施后，清除湖底砂袋垫层，并挖去湖底0.5m～1.0m厚的土层，在靠近南湖岸边一侧开始铺填片石、块石，边填石边振压，铺填片石(或块石)要求大小不均匀，便于层层铺设，第一层铺填粒径较大的片石(或块石)，向上依此可减小粒径，小碎石填缝，片石铺填高度不应超过原湖底高程的(保证小型机械压实后低于原湖底高程约0.2～0.4m)；当填石完成后，用小型机械进行压实，然后填0.3m厚碎石进行压实垫平。

软弱地层加固施工，考虑到隧道穿越南湖段东端覆土较浅，仅为4.2m～6m，且隧道顶部地层为②_5-1、②_5-2软塑～流塑状粉质粘土，土层的自稳性差，敏感性强，在盾构掘进时由于刀盘的扰动，极易造成湖底出现大的沉陷。另外，浅覆土段临近始发井，盾构刚进洞，处于试掘进阶段，各项参数均未收集调整好，施工过程土仓土压力较难控制，极易发生突涌事故，从而造成湖底坍塌事故。考虑到南湖景观要求较高，且项目临近车流、人流密集的南湖大桥，一旦发生突涌、坍塌事故，社会影响较大。为确保盾构顺利穿越南湖浅埋段，建议对盾构穿越南湖浅埋段湖底以下1m至隧道底板以下1-3m(设计加固边线)的地层进行搅拌桩加固。具体如下：即对盾构穿越南湖浅埋段湖底以下1m至隧道底板以下1-3m(设计加固边线)的地层进行搅拌桩加固，第一步：施作沙袋围堰，围堰宽44.5m，左线长155m，右线长135.5m，围堰高出水面0.5m；第二步：施作加固范围内的搅拌桩(Φ800@800双轴)；第三步：搅拌桩施工结束后，围堰内抛填1m厚片石或块石，兼做注浆平台。

2、盾构掘进施工控制

2.1、盾构选型

如图5所示，除了选择合适的盾构机外，为保证下穿南湖的安全，针对盾构机还应有如下配置和要求:

(1)盾构上配备自动保压***，配备超前预加固功能设施，以备不时之需；

(2)刀盘、刀具设计按一次性长距离掘进考虑，尽可能避免换刀和刀盘检查风险；

(3)加强主轴承及盾尾密封设计。

另外在盾构施工中，我们拟采用以下措施:

(1)在过砂层之前，对盾构机进行全面检查及维修保养。

(2)保持掘进方向的准确性，不允许超过设定偏差值；严格管片拼装质量，确保管片不渗、不裂，以保证隧道防水效果。

(3)进行土体改良。主要是采用聚合物添加剂、膨润土等来改良渣土，以改善渣土的和易性，增加止水效果，避免喷涌的发生。

(4)做好同步注浆和注浆加固工作。

(5)合理确定渣土的松散系数，严格控制出土量。

(6)尽量做到快速通过。

2.2、盾构掘进全断面圆砾层参数总结

本区盾构施工过程中，盾构掘进参数根据地层变化、盾构隧道埋深等各类条件变化而变化的，故而施工期间必须及时调整盾构推进参数。通过盾构施工200～245环，盾构穿越全断面圆砾层；246～500环穿越的地质主要为2/3圆砾层及1/3粉砂质泥岩层。含水量大、自稳性能较差，掘进过程中容易对周边土体造成较大扰动造成后期固结沉降变化量较大。根据以上掘进参数统计结果分析如下：

(1)区间盾构掘进施工在200～245环时穿越全断面圆砾层，全断面圆砾层覆土约18m。盾构掘进时采取优化各类施工参数，进行参数总结，为下一步施工全断面圆砾层掘进提供依据。

对该段区间圆砾层掘进参数分析及总结如下：

①稳定土压在2.0～2.3Bar，出土量控制在51～54m³之间。

②掘进的掘进速度控制在40mm/min以内。

③推力适当增加，控制在13000KN～17000KN。

④刀盘扭矩控制在3600～4500KN.m以内。

⑤注浆量保持在6-8m³/环，注浆压力控制在3.1-4.0Bar之间，同时浆液配比适当调整，提高水泥用量至150kg/m³；适当减少用水量，使浆液稠度增加，初凝时间在6～8h。

⑥盾构机掘进姿态与管片姿态基本相符，管片姿态满足要求，地面沉降稳定。

(2)盾构掘进施工在246～500环时穿越的地质主要为2/3圆砾层及1/3粉砂质泥岩层覆土约16-18m。盾构掘进时采取优化各类施工参数，进行参数总结，为下一步施工全断面圆砾层掘进提供依据。

①稳定土压在2.1～2.3Bar，出土量控制在57～60m³之间。

②掘进的掘进速度控制在30～40mm/min。

③推力适当增加，控制在15000KN～17000KN。

④刀盘扭矩控制在3600～4500KN.m以内。

⑤注浆量保持在6-8m³/环，注浆压力控制在3.1-4.0Bar之间，同时浆液配比适当调整，提高水泥用量至150kg/m³；适当减少用水量，使浆液稠度增加，初凝时间在6～8h。能良好的控制地表沉降。

⑥盾构机掘进姿态与管片姿态基本相符，管片姿态满足要求，地面沉降稳定。

(3)区间盾构掘进施工在501～770环时穿越全断面圆砾层，全断面圆砾层覆土约9.8-16m。盾构掘进时采取优化各类施工参数，进行参数总结。

对该段区间圆砾层掘进参数分析及总结如下：

①稳定土压在1.3～2.3Bar，出土量控制在51～54m³之间。

②掘进速度控制在40mm/min以内。

③推力适当增加，控制在13000KN～17000KN。

④刀盘扭矩控制在3600～4500KN.m以内。

⑤注浆量保持在6-8m³/环，注浆压力控制在3.1-4.0Bar之间，同时浆液配比适当调整，提高水泥用量至150kg/m³；适当减少用水量，使浆液稠度增加，初凝时间在6～8h。

⑥盾构机掘进姿态与管片姿态基本相符，管片姿态满足要求，地面沉降稳定。

2.3、出土量控制

盾构掘进每环出土量以体积和重量双控指标为依据，每环盾构掘进D组油缸行程为1850mm时停止推进，粉细砂层方量控制在50m³/环，重量控制在101T以内；圆砾层方量控制在54m³/环，重量控制在110.7T以内。每环掘进完成后由当班技术员根据渣车刻度实测实量每环出土方量，地面龙门吊翻土前测得其每车重量，翻土后测得渣箱重量，二者相减得出每环出土实际重量。每环偏差不超过3％即1.5m³。

2.4、优化渣土改良

砂层以泡沫改良为主，泡沫原液比例控制在6％左右，膨胀率为12.0，南湖段掘进泡沫注入量为单管80L/min，气压3.8bar，出南湖后泡沫原液比例控制在4％左右，膨胀率为12.0，为单管200L/min。气压5bar。在进入圆砾层前10m开始使用膨润土改良渣土，膨润土选用优质钠基膨润土，按照渣土改良方案现场确定膨润土浆液配比为1：10，膨润土和渣土拌合后，塌落度以控制在110-160mm为宜。膨润土在地面拌制，由管道输送到中板膨化池，在膨化池膨化16h后方可下井使用。下井后储存在盾构机2号台车，由两台16bar的挤压泵通过管路注入刀盘，利用球阀之间的相互转换借用第4路泡沫管同时注入，注入率为15％左右，注入量为6-8m³/环。

2.5、同步注浆管理

盾构掘进圆砾层施工时现场对同步注浆浆液配比试验确定，要求浆液初凝时间在6h以内，塌落度在120-150mm之间，泌水率＜5‰，28天抗压强度＞2Mpa。理论注浆量为4.06m³/环，填充率为200％，实际注入量取8m³/环。施工时以注浆压力控制为主，上部注浆压力控制在2.5-3bar,下部注浆压力控制在3-3.5bar，若注浆终压不满足控制指标时，需要加大注浆量直至压力满足控制值。注浆加固每10环施工一环环箍，采用水泥、水玻璃双液浆，注浆终压控制在0.6Mpa。

2.6、土压力控制

土舱内土体状态应根据盾构掘进施工全过程进行严格的控制，跟班技术人员应据地质条件、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探，测量数据信息，正确控制土舱内的土体状态。土舱内土体状态控制还与土体本身有关，理论上盾构推进中碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有良好的塑流状态和粘稠度，以及低的内磨擦力和低的透水性。但通常需要向刀盘、土仓及螺旋输送机内注入泡沫或膨润土以改良土质，以便能很好的控制土舱内土体的状态及土仓压力。

2.7、掘进姿态控制

盾构掘进时需做到勤纠偏、少纠量。每环纠偏量不应大于6mm，油缸行程差在直线段要求不大于40mm，曲线段要求不大于60mm。根据盾构机及管片线性合理选择纠偏环及时做调整。水平姿态控制在±20mm，铰接垂直姿态控制在-35mm以内。推进速度以40mm-50mm为宜。

推进油缸的控制，推进油缸的行程原则上控制在1700～1800mm之间，行程差控制在0～50mm之间。行程过大，则盾尾刷容易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，易导致管片姿态变差。行程差过大，易盾体与盾尾之间夹角增大，铰接油缸行程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片选型困难。行程差过大时，通过管片选型校正。铰接油缸行程为40～80mm，行程差为0～30mm，为防止铰接漏水，在江底掘进时，可将行程调整为10～40mm。

2.8、螺旋输送机的控制

与掘进速度相适应，螺旋机的转速亦应作相应调整。扭矩也反映了土仓内土质的干湿程度，一般在35～50bar之间时，表明土质正常；如果超过50bar以上，表明土质较干，需要多加泡沫或膨润土，以改善土质，保证出土顺畅。在喷碴的情况下，可停止螺旋机，等从仓门排放出一定的泥水卸压后，再转动螺旋机排出块状土体。

2.9、管片姿态控制

管片姿态的控制主要有三个方面：①、掘进时盾构机姿态的控制；②、同步注浆量的保证；③、注浆加固的稳定效果。

①、为保证管片姿态不超限，根据这个区段地下水较大的实际情况，实际操作时，盾构机的姿态控制在：竖直方向－30～－40之间，水平方向±20之间，基本满足成型管片的姿态精度要求。在水量大的地段，上浮的幅度大，则加大下沉量，取－50mm；其他取－40mm；对于水平姿态，主要根据不同的转弯条件控制，平面直线段±20mm,左右转弯段分别取－30和+30mm,既能满足要求，但应尽量向轴线靠拢。

为保证管片受力均匀，滚动角应控制在±10之间，超过后，要及时调整，数值过大，造成管片轴向受力大，脱离盾尾后卸力也会造成管片姿态变形。

②同步注浆量的多少，对管片的姿态影响极大，在圆砾层(夹沙层)需保证1.5～2.0倍注浆量，即6～8m3/环；即使管片上浮，亦能保证不超限。

注浆压力的设定根据隧道埋深而定，但不超过3bar。在含水量达的地段，浆液被稀释，粘滞力变差，初凝时间延长，更容易引起管片上浮(同时，管片后部的水向土仓流动，造成上下部的压力差加大)，也要加大注浆量。需要注意的是，盾尾漏浆时，应暂停注浆，马上加注油脂，漏浆止住后，才能补注浆，直到达到要求为止。

③管片背后注浆加固主要有三个作用：一是补充注浆，填满管片后空隙，防止管片上浮；二是浆液为纯水泥浆加速凝剂，可加快管片背后土体及流动体的凝结，使管片迅速稳定；三是加速管片背后空隙处土体的凝结，阻塞水流通道，形成止水环，防止水进入土仓，造成出土困难。

背后注浆的原则以注浆压力设定，一般为3～5bar，直到达到设定压力为止。

位置的选择以盾尾10～20环为宜。太远，管片已经上浮，即使注浆，效果不明显；太近，易堵同步注浆管路以及大部浆液将流向土仓，造成浪费。

2.10、加强监控量测，严格按照轨道公司下发的盾构施工管理办法相关要求进行监测，确保监测数据第一时间反馈到施工作业面，以便更好指导施工。提前预备引孔钻机1台，移动围挡1套，若出现较大沉降时，立即上报各方并采取地面注浆措施。

2.11、加强组织管理、分工明确、职责清晰、奖罚分明。本段施工时严格落实领导带班制，值班领导在盾构机操作室值班，地面监控室安排联络员，对盾构掘进参数的控制实时监控，发现偏差超出允许范围时，立刻分析原因，有效采取措施并形成记录。

2.12、分段掘进控制

盾构机从南湖站始发，始发掘进32m即第22环处开始穿越南湖，第206环处盾构机出南湖。南湖全长267m,水深2.1m.其中围堰加固区域146m，埋深4.2-6m,采用对围堰146*25.5m范围内隧道顶面以上1.5m至隧道底部以下1.0m～3.0m范围内的土体进行注浆加固。最后清除围堰内沙袋垫层，抛填0.5～1m片石进行加固，盾构穿越时围堰内湖水已被抽排，待左、右线盾构穿越后恢复水位。南湖下盾构穿越有水区域121m，埋深6-11m。

盾构穿越南湖段分四个阶段进行总结如下：

盾构穿越南湖及前后地层细分表

序号	穿越地层	备注
			第一段	土②5-1软塑-流塑状态
第二段	上半断面为粉质粘土②5-2软塑-流塑状态，下半断面为粉(细)砂④1-1
			第三段	上半断面为粉(细)砂④1-1，下半断面为圆砾⑤1-1
第四段	大部分为全断面的圆砾⑤1-1	盾构出南湖段

(1)第一段，粘土②5-1软塑-流塑状态，本段范围长约50米，围堰内(1环-35环)。

软塑流塑粘土层，盾构机的掘进方向不易控制；盾构容易发生栽头，安装管片时管片容易上浮并影响盾构掘进姿态；由于隧道顶板距离南湖底部最短的距离只有4.2米，所以地表沉降对土仓的控制压力大小比较敏感。

由于该段不存在碴土改良不好及土仓压力建立困难等难点，故不会由于压力平衡问题导致沉降。但要求土仓压力控制准确，一般控制在0.6-0.8bar，在加固区控制在1-1.2bar，防止湖底沉降或***。该段地层为粘土层，易发生扰动性触变沉降，地层在受刀盘及盾构机推进的扰动下易改变原状结构而发生沉降，并且在软流塑层中掘进方向不稳，频繁纠偏也会加大对土层的扰动，所以刀盘扭矩一般不大于2000kNm，刀盘的转速控制在0.8-1.2rpm，始发时可达到的贯入度以推力控制为主。推进过程中应稳步推进，盾构通过后，通过同步注浆弥补地层的触变沉降值，注浆量控制在设计值的1.5—2.0倍，初凝时间控制在6-8小时，填充率1.5-2.0。泡沫配合比：水/原液＝1/30，混合液/气体＝1/10。在软塑粘土中管片易上浮，为了减少管片上浮对盾构姿态的影响，要求进行二次双液背衬注浆，管片每拖出盾尾三环或四环时加注双液浆，及时固化砂浆稳定管片，借助管片环本身的刚度减少初装管片的上浮。

在掘进本段时，掘进参数：推进速度50—60mm/min，土压0.7-0.8Bar，刀盘转速0.8-1.0rpm，扭矩800-1800KN，总推力400-800t.

(2)第二段，上半断面为粉质粘土②5-2软塑-流塑状态，下半断面为粉(细)砂④1-1，本段范围长度约为115m(36环-112环)。

该段地层为中透水的松散粉细砂，地下水容易稀释碴土，如果碴土改良不佳可能会出现喷涌现象。由于砂层内摩擦力较大，刀盘扭矩随之上升。该段隧道覆土较薄，地表沉降对土仓的控制压力大小比较敏感。

由于该段不存在碴土改良不好及土仓压力建立困难等难点，故不会由于压力平衡问题导致沉降。但要求土仓压力控制准确，一般控制在1.0-1.2bar，防止湖底沉降或***。该段地层为粘土层及粉细砂层，易发生扰动性触变沉降，地层在受刀盘及盾构机推进的扰动下易改变原状结构而发生沉降，并且在软流塑层中掘进方向不稳，频繁纠偏也会加大对土层的扰动，所以刀盘扭矩一般在3500kNm左右，刀盘的转速控制在0.8-1.2rpm，贯入度为40-60mm。该段依然易发生扰动触变沉降，盾构通过后，通过同步注浆弥补地层的触变沉降值，注浆量控制在设计值的1.5—2.0倍，初凝时间控制在6-8小时，填充率为1.5-2.0。碴土改良除添加泡沫外，应开始添加少量膨润土以减少刀盘扭矩，泡沫配合比：水/原液＝1/30、混合液/气体＝1/10，膨润土注入量为2-3m3/环。管片上浮趋势在此地层有所减弱但仍存在，要求隔环进行二次双液背衬注浆，及时固化砂浆稳定管片，借助管片环本身的刚度减少初装管片的上浮。

在掘进本段时，掘进参数：推进速度50—60mm/min，土压0.7-0.8Bar，刀盘转速0.8-1.0rpm，扭矩1700-2000KN，总推力900-1200t.

(3)第三段，上半断面为粉(细)砂④1-1，下半断面为圆砾⑤1-1，本段范围长度约为111m(113环-186环)。

由于地下水的存在，对渣土改良造成稀释的作用；掘进过程中容易出现喷涌现象。

该段的圆砾层为强透水层，地下水对碴土的稀释作用明显，要求每环添加6m3左右的膨润土(膨润土浆液配合比：水/膨润土＝10：1)，其中的细颗粒成分有助于泡沫成泡，泡沫配合比控制在：水/原液＝1/30、混合液/气体＝1/10，膨润土与泡沫增加碴土的流动性和止水性，防止螺旋机喷涌，减少刀盘扭矩保证土仓建立足够的压力(土仓压力一般控制在1-1.2bar)，同时减少刀具磨损，刀盘扭矩一般控制在3500-4000kNm，刀盘转速0.8-1.2rpm，贯入度达到40-60mm。该段覆土厚度增加，对即时沉降的敏感性降低，但同步注浆量不足时，会出现后期沉降,同步注浆初凝时间控制在6-8小时，填充率1.5-2.0，二次补强注浆要求隔环进行二次双液背衬注浆。

在掘进本段时，掘进参数：推进速度40—50mm/min，土压0.8-1.2Bar，刀盘转速1.0-1.2rpm，扭矩2000-4000KN，总推力1100-1300t.

(4)第四段，大部分为全断面的圆砾⑤1-1，本段范围为出南湖后地层(187环-200环)。

由于地下水的存在，对渣土改良造成稀释的作用，容易出现喷涌现象；容易出现后期沉降；由于富水圆砾层渗透性，难以实现带压换刀作业，对刀具磨损寿命的要求高。

该段为全断面的圆砾强透水层，地下水对碴土的稀释作用明显，要求每环添加6-9m3左右的膨润土浆液(膨润土配合比：水/膨润土＝10：1)，采用膨润土溶液+泡沫溶液的方式渣土改良，能够使盾构的各项掘进参数均能较好控制，并且地面沉降能够得到有效控制，改良出来的渣土具有较好的流塑性、止水性，膨润土溶液的注入率为15％，泡沫溶液的注入率为15％(泡沫溶液配合比：水/原液＝1/30、混合液/气体＝1/10)，合计注入率为30％。如果常规的碴土改良仍不能防止喷涌，启用高分子聚合物***注入高分子聚合物防止喷涌。该段覆土厚度增加，对即时沉降的敏感性降低，但同步注浆量不足时，会出现后期沉降，要求填充量达理论值的2倍，初凝时间控制在8-10小时。该段的土仓压力计算可考虑坍落拱土柱高度因素，但土仓压力不应低于静水头压力，避免地下水流失引发大面积沉降，掘进过程中土仓压力控制在1-1.5bar，刀盘扭矩一般达到3500-4500kNm左右，刀盘转速0.8-1.2rpm，贯入度达到50-70mm。

在掘进本段时，掘进参数：推进速度30—40mm/min，土压1.3-1.6Bar，刀盘转速1.4-1.6rpm，扭矩3500-4500KN，总推力1300-1500t。

防喷涌措施：

(1)渣土改良是防止喷涌的关键。通过渣土改良降低土仓内水含量，渣土在膨润土浆液和高分子聚合物的吸附和隔离作用下变得粘稠不易离析沉淀，不会砂水分离，螺旋机排土时便会均匀流畅。

(2)合理设置土压力值。掘进过程中，根据螺旋机实际压力、刀盘扭矩和千斤顶总推力及时调整设定土压力，使土仓压力略高于水压，确保正面的土压保持平衡，严格控制出土数量，防止超挖和欠挖。

(3)合理调整掘进参数。盾构机操作人员主要通过对推力及出渣速度的控制，尽量维持土仓压力的稳定，降低喷涌风险。

(4)出渣门开度、螺旋机转速适中，不宜过大，在喷涌来临时，受出渣门流量影响，泥浆会在出渣口出积累而不会瞬间全喷，延长操作人员的反应时间，以便采取措施降低喷涌风险。

(5)根据盾构机推进的地质预报及渣样分析，了解前方地层情况，及时制定应对方案，添加调整渣土改良材料，以改良渣土，增加水密性和流动性，防止产生喷涌。

有益效果：

(1)加固体平面位置较盾构隧道外侧外扩3.0m，平面有效加固范围约为25.5m×146.0m，软弱地层注浆浆液调整为***三排采用水泥+水玻璃双液浆，形成注浆帷幕，有效防止浆液侧向外溢污染周围湖底，内部采用单液浆可充分保证注浆量，确保达到注浆效果。

(2)下半断面加固方案人为造成了掌子面软硬不均，不利于盾构安全掘进。此外，盾构由南湖站始发约15m，穿越南湖覆土很薄，若采取非全断面加固，不利于盾构掘进的稳定。竖向范围由原设计下半断面加固，优化为全断面加固，即隧道结构顶以上1.5m至隧道结构底以下1.0m～3.0m范围内的土体。竖向有效加固范围为8.5～10.5m，确保盾构穿越浅覆土段时掌子面的均匀。

(3)湖底部土层以淤泥质土层为主，考虑到湖底定期进行清淤工作可能会减少区间隧道覆土，影响区间隧道安全。基于南湖段区间隧道长期安全考虑，在隧道顶覆土不足6.0m的区域范围内，对南湖湖底抛填0.5m～1.0m厚(抛填周边1.5m范围内抛填厚度不小于0.5m，其他部位尽量取1.0m)的片石进行湖底加固。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，在确定湖下浅埋段上方所要施工的围堰位置后，自岸边向湖内顺坡滑落的方式往湖中投放砂袋并合拢形成围堰；再将合拢成型的围堰内湖水疏干并在其底部铺设砂袋垫层；接着对砂袋垫层下方的软弱地层实施搅拌桩加固；待搅拌桩加固实施后，清除砂袋垫层并挖去软弱地层上方表面土层；再向围堰内抛填厚片石或块石，且边填石边振压，兼做注浆平台；接着对软弱地层进行注浆加固，待注浆加固强度达到要求后盾构穿越湖底浅埋段，并在盾构穿湖后，撤除砂袋围堰，清除湖中遗留物。

2.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述围堰的上下层砂袋互相错缝，堰顶的宽度不小于2.5m，高出水面不低于0.5m，堰堤内、外侧的坡度按照1:1进行放坡。

3.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，待围堰合拢成型后，采用防水布将围堰外侧进行整体包封。

4.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述软弱地层上方表面土层的厚度为0.5m～1.0m。

5.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述砂袋垫层的厚度不小于0.5m。

6.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述软弱地层实施搅拌桩加固的竖向范围为湖底以下1m至隧道底部以下1～3m的内的土体。

7.根据权利要求1所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述注浆加固包括在围堰内的***采用水泥和水玻璃双液浆以及在内部采用水泥单液浆。

8.根据权利要求7所述的湖下浅埋段盾构施工方法，其特征在于，所述注浆加固的平面范围为隧道外边缘线外扩2～4m，竖向范围为隧道中心线至隧道底部以下1～3m内的土体。