地铁盾构过卵石地层方案(三种方案)

图2 盾构施工筹划图
2、工程地质、水文概况
长沙大道～体育公园区间隧道在ZDK16+220~ZDK16+720(500米)地表为棚户区民房，其中ZDK16+420~ZDK16+730(310米) 段盾构隧道穿越卵石地层，此段隧道埋深6.0～7.8米，地层自上而下为杂填土、<2-1>粉质粘土、<2-4>卵石、<5-1>强风化泥质粉砂岩、<5-2>中风化泥质粉砂岩地层。地质剖面如图3
（6）二次注浆
在盾尾后3~6环管片上，进行开孔注浆。通过特殊环管片预留注浆孔，打入钢花管对管片背后地层进行双液浆注入作业，着重对顶部150度位置进行注浆。根据地质情况，棚户区段内隧道上部3米内有砂卵石地层段，如隧道上部砂卵石地层厚度大于3米，加固厚度则按3.5米进行。地层加固注浆形式如图7。
图7隧道洞内注浆加固示意图
1、方案一（隧道影响范围内房屋拆除）
经多方走访、了解，此片棚户区段先前为菜地，后来村民在地面也未经处理的条件下搭建临时的简易房屋，根据目前规划此段需拆迁，为体育新城板块，并在设计阶段是按拆迁完的条件下进行设计，据了解此片房屋将在近期内进行拆除。
因房屋未进行地基处理，采用直接地表干砌空心砖体结构，周边车辆通过时房屋都会产生振动，地层稍有变形房屋将会开裂受损，洞内采取措施无法保证地表房屋安全，同时对地表采取措施，经对地表棚户区及地形详细调查，房屋密集，无多余空地，进行大面积地表加固不具备条件。
一
1、工程地点
长沙市轨道交通2号线一期工程13标，位于湖南省长沙市雨花区。本标段包括两个盾构长间隧道，其中体育公园~长沙大道站区间长约887米，长沙大道站~人民东路站长约1828米。区间工程位置示意图如图1所示。
·
图1 盾构区间隧道平面位置示意图
本标段区间隧道采用两台海瑞克复合式盾构机掘进，盾构机先后从体育公园站下井始发，掘至长沙大道站南端拆机吊出，站外转场至长沙大道站北端下井组装进行二次始发，到达人民东路站南端拆机解体吊出。盾构施工筹划如图2
图3 地质纵剖面图
3、周边环境ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ况
【长～体区间】棚户区段地势低洼，较周边地势低5米左右，为地表水的汇集段，且无排水系统，地下水丰富，主要为地表渗入补给，在砂卵石地层透水性强，地下水位为地表下约0.5米。
此洼地以前为菜地及鱼塘，据了解在2003年左右村民就地进行砌盖简易民房，房屋无基础结构，采取直接地表砌砖，房屋结构为干砌空心砖结构，全为一层简易结构，屋顶多为石棉瓦，结构整体性差，周边有车辆经过时房屋都能感觉振动。目前房屋大部分已有裂缝及贴面磁砖脱落现象如图4。
其它措施同方案一
3、方案三（隧道影响范围内住户疏散，进行地表加固）
方案二不能保证房屋安全，为保证房屋安全，在地表（包括房屋内）进行袖阀管注浆处理，注浆深度为5米，注浆范围为隧道轮廓线外1米（共8米）。根据地质剖面图分析，隧道在270环后，砂层在隧道顶部上1米，基本对隧道无影响,则右线加固范围为80~270环，左线50～270环，共615米，袖阀管注浆孔间距按1米布置，地表注浆参数及工程量如表1。
（5）盾尾后注浆
同步注浆目前的配合比能满足要求，水泥掺入量在220Kg/方,在满足盾构压注的情况下提高稠度。
考虑砂卵石地层浆液流散多，浆液填充按理论空隙的1.8倍考虑，注入量按7~7.5方/环控制，同时根据注浆压力在1.2ba左右，压注结束标准采用注入量与压力两项标准同时控制，当两项标准均达到后方可结束。压注过程中根据掘进速度及时注入饱满。
（3）碴土改良
碴土改良以泡沫为主，同时针对砂卵石地层加入高分子聚合物防止糊刀及喷涌现象发全，对泡沫加入量不进行限制，以碴土改良均匀为目的，高分子聚合物每环加入量在2Kg左右。
（4）掘进速度
为碴土在土仓内充分搅拌，达到更好的碴土改良，同时使同步注浆能及时饱满地充填盾尾空隙，掘进速度控制在5cm/min左右，并做好设备保障，使盾构实现连续均衡掘进。
1.3附助措施
（1）加强监测
因砂卵石地层变形迅速，前奏时间短，采取增大监测频率及至跟踪监测，监测人员采取两班倒的形式，并将监测数据及时分析反应至洞内，指导盾构施工。
（2）加强地表巡线
派专人二十四小时地表巡线，一旦发现异常，立即汇报，洞内进行保压停机，并加大注浆措施。
（3）水井处理
本段民用水井较多，影响到隧道的水井约39孔，其中有10孔在隧道内。水井管质有混凝土管及钢管，水井深度在5~9米，因隧道上部为卵砾石层，透水性强，影响到盾构掘进时的土压保持工作。部分水井侵入洞体，盾构带压掘进过程中压力可能通过这些管道释放，导致泡沫泥浆等喷、涌出地面，造成压力释放，影响开挖面稳定。盾构到达前对影响盾构施工的水井做提前做回填处理。
1.1隧道影响范围内房屋拆除
本标段盾构距离较长（约2.7Km），根据今年年底洞通的目标条件，工期非常紧，为给盾构创造顺利、快速掘进的条件，拟对盾构隧道影响范围内的房屋先行拆除。经详细对房屋排查，按隧道轴线两侧各15米，共30米范围统计共65幢，房屋面积约5800平米，其中有35户目前有人居住，拆除完后将解除地表危险源，为盾构掘进创造了条件。
2、方案二（隧道影响范围内住户疏散）
如方案一目前实施有困难，则对盾构前、后30米，左右15米内房屋人员暂时进行搬离，并设置专人看守，对此范围内进行封锁，不允许人员进入，等盾构通过确定无影响后再撤回。掘进过程中不能保证房屋不受破损，等盾构通过后对破损房屋进行修复。
在人员撤出前对房屋情况进行双方及第三方确定，以保证后期人员能顺利撤回，不致于意见不一致而扯皮。
地表为密集的棚户，
三、盾构通过棚户区砂卵石地层段施工方案
通过对前70环掘进情况分析，各项施工参数较为合理，地表沉降总体控控制在10mm左右，最大沉降值为14mm，均在规范要求（+10~-30mm）之内，但因房屋无基础，结构形式差，房屋出现不同程度的裂缝，加之后段地质情况更加复杂，所以盾构掘进难以保障棚户区房屋不受破坏，下一步掘进方案拟有以下三种：
通过地表注浆使地面下5米形成一硬壳层，在盾构掘进时盾构顶部有地层损失而不致于地表下沉，在盾构通过后及时按方案一中的洞内注浆，补充地层损失，也为后期地铁运营期间提供安全保障。
表1注浆参数及工程量如下表
注浆孔深
孔间距
注浆压力(Mpa)
注浆孔数（个）
注浆孔总长度（米）
5米
1米
0.8~1.0
4920
24600
地表袖阀管注浆单价在300元／米左右，注浆工程造价为：24600×300=738万。
另外房屋内人员疏散及房屋租赁约45幢，估计费用在150万。
4、方案比较
经过对上述三种方案进行分析，从实施难易程度，处理效果，经济比较如表
表2 方案比较分析表
六
1、区间隧道平面图
2、区间隧道地质剖面图
1.2洞内措施
（1）土仓压力
根据地表埋深及水位高度，理论土仓上部压力设定在0.6~0.8ba，停机保压在0.9~1.0ba,根据前段施工经验，压力在1ba左右，地表有地下水渗出。
（2）出土量控制
出土量采用分段控制，按每掘进18cm以一控制段，约半斗碴，掘进36cmg一斗碴，由主司机、值班工程师及调车员共同确认，出碴前先确定碴斗内的碴是否倒完，如发现有多出土现象立即停机再提高土压。
棚户区房屋密集，通过前期对区间范围内房屋进行的调查，受盾构施工影响的房屋有65幢（如图5），房屋目前居住多为外地租赁人口，空置率约50%左右。
图4房屋现状图
图5棚户区房屋图
二
隧道通过棚户区段
隧道埋深浅，且地层为松散砂卵石地层，盾构掘进时碴土改良加入的泡沫与泥浆从地表冒出，并带出地层细颗粒，以致地层被掏空，造成地表下沉．
隧道穿越地层主要为<2-4>卵石、<5-1>强风化泥质粉砂岩地层。卵石地层厚度2~8米，该地层多为中密状，卵石含量约55~60%，石英质，亚圆形，磨圆度较好，最大粒径达10cm，一般粒径20-40mm，砂质充填。卵石地层侵入隧道最大约4米，隧道断面下部为泥质粉砂岩，岩石强度约4~9Mpa。砂卵石地层空隙率高，含水量大，盾构掘进时对土体进行扰动，容易引起土层失水、土体变形，极易造成地表下沉。