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土压平衡盾构机过富水砂卵石地层施工技术

1 工程概况
成都地铁一号线沿线地层为第四系松散堆积层，根据地质的成因和时代情况，可划分成4个工程地质岩组：①第四系全新统人工填筑土；②第四系全新统冲击层；③第四系上更新统冲积层、冰水沉积层；④第四系中更新统冰水沉积、冲击层。地层卵石层密实度大、粗粒粒径大、腐蚀性高，卵、砾石主要为中风化，充填物主要为中细砂。卵石单轴抗压强度为65.4~184MPa，平均值为102.1MPa，极值为206MPa。地层具有卵石含量高、地下水位高、卵石强度高的特点。由于地下水丰富、水压比较大，当卵石地层被扰动后会出现涌水的情况，严重时会影响掌子面的稳定性。因为卵石强度比较大、耐腐蚀性高，刀具磨损严重，需要频繁地更换刀具，这些问题是盾构机施工中的重点和难点。
2 砂卵石地层的沉降机理
在成都地铁施工中，砂卵石地层属于一种非常典型的不稳定地层，由于卵石之间的空隙比较大，并且卵石中间填充着各种砂层，结构非常松散，不具备黏聚力，而且地层中水的含量比较大，透水性较差，在进行开挖时会出现砂流失、水流失的情况，进而诱发坍塌。
盾构机在掘进过程中，会扰动地层，如果开挖量过大或出现超挖的情况，会使上部一些松散地层或渣土流入到土舱中，从而造成上部覆盖地层出现连续松散和塌陷的情况。并且该松散和塌陷过程会逐步传递到上层，并使地表出现塌陷或沉降的情况。
研究发现，该工现场沉降数值和延迟性地表有一定的关系。因此，当地表最大沉降值＞某个值后，地层会出现空腔的情况，如果不立即进行补救，会导致地表出现滞后性塌陷。需要采取相应的措施来保证盾构顺利完工。
该标段一共有3个盾构区间，区间线路隧道顶面的最大埋设深度为20.775m，最小埋设深度为9.416m。左线和右线的最大间隔距离为11~16m，最小曲线半径为500m，最大曲线半径为3000m，最大坡度为26‰，最小坡度为3‰，管片的内部直径和外部直径分别为5.4m和6.0m，管片的宽度为1.5m，厚度为300mm。
3 盾构掘进参数的优化
通过对隧道的地质情况进行分析，以最大水压位置和最大土压对盾构机的主要参数来进行详细的计算。分析地质勘察报告，确定出盾构顶部埋设深度为18m。对穿越卵石土层的地层按照顺序进行标号之后再对其进行仔细的核对，盾构机的关键性参数如下：推力为20547.56kN、扭矩为3955.2kN.m、刀盘驱动功率为483kw、同步注浆量为4.05m³。
盾构机在进行施工的过程中，项目部需要对施工人员的管理工作进行强化，施工人员需要及时地向其反应施工数据，从而对其进行全面的优化，确定出最佳的数据参数。数据参数优化措施如下：
（1）在对土层进行切削时主要使用滚刀、齿刀和周边刮刀为主的刀盘，采用低速大力向前进行推进工作。
（2）在盾构机向前掘进时，需要适当地提高土压力，避免出现涌砂现象，并且在实际的掘进工作中不断地对土压力进行调整。
（3）采用两种不同的方式来确定出土舱压力数字，并且需要确保切削土量和排土量的相对平衡，从而确保土舱内部压力的相对平衡。
（4）盾构机的掘进速度主要借助盾构推进力、转速来对其进行调控；盾构机额排土量主要借助输送机的工作转速来对其进行调整。在实际的掘进工作中，施工人员需要根据实际的工作情况、地质情况等来对盾构机的工作参数进行调整优化。
（5）在盾构机向前掘进过程中，需要采用渣土改良技术，以便于提高渣土的流动性。此外，还需要对输送器的出土情况和工作情况进行密切关注，调节添加剂的使用量。
（6）在盾构机掘进速度恒定时，需要借助输送机转速的调节来控制出土量，从而达到土舱压力的相对平衡。施工单位需要做好土量管理工作，对每次的出土量进行及时测量，控制出土量，确保盾构机的工作状态。
4 盾构掘进参数分析与沉降观测
在本阶段盾构机进行掘进过程中，施工人员需要严格按照以上施工步骤来对其进行操作，并且密切控制盾构机向前掘进的速度、出土量和压力，确保设备的稳定性。如图1所示为部分环掘进参数曲线图。通过对图1数据进行分析，在2号线各个盾构机进行施工过程中，其率先完成全标段隧道贯通。

沉降观测点和设置和观测的频率需要严格按照技术要求来进行操作。在成灌客运站-红色村站区间，隧道下方埋设有污水管道。盾构机在隧道向前进行掘进时，施工单位需要加强对管道和地表沉降的监测工作。盾构机在隧道中向前掘进时，需要尽可能地减少对地层的干扰，施工技术人员需要将地表、管道的沉降幅度控制在要求范围内。
5 结束语
综述，文章以成都地铁工程为例，对富水砂卵石地层中土压平衡盾构机施工技术进行了分析，通过对刀盘刀具配置进行优化，提高了盾构刀具的使用年限。换刀频率从原来的150m延长至450m，刀具的报废率也从原来的55%下降到3%，显著提升了刀具的使用年限，降低了刀具使用成本，取得了良好的经济效益，值得推广应用。