克泥效工法在盾构下穿地铁既有线中的应用

克泥效工法在盾构下穿地铁既有线中的应用

曹云龙

中铁十局三建公司  安徽省 合肥市230000

摘要：

盾构施工过程的注浆方法及浆液的性质直接关系到地表沉降的控制效果.尤其在盾构下穿地铁既有线时沉降需要严格控制。本文通过对杭州机场快线沈塘桥站～西湖文化广场站区间右线下穿地铁既有2号线是使用克泥效浆液的施工方法及配比进行研究，得到了盾构掘进施工期间克泥效浆液的施工方案,地表沉降得到有效控制,满足施工要求。

关键词：

克泥效盾构施工 地铁既有线

引言：

随着我国经济水平的提高,轨道交通也进人了快速发展的阶段,信息技术的引进同样促进了轨道交通建设运营的智能化。由于城市基础设施的日趋完善，轨道交通在建设过程中不可避免与地铁既有线产生相互影响。盾构法作为城市轨道交通建设的主要方法之一,其施工穿越地铁既有线(或构筑物)更为频繁,其施工过程需要采取严格的控制方法,确保既有地铁既有线(构筑物)的安全。当前常规盾构机自带同步浆液的注人点在盾尾处,填充盾壳与土体之间间隙的时效性较差,对控制盾体周边土体变形的能力有限。在地表沉降控制要求严格的地层中施工时,如何控制盾体上方的土体沉降,成为盾构施工穿越敏感建筑物时必须要解决的问题。

正文：

1 工程简述

杭州机场轨道快线土建施工 SGJC-6 标段沈塘桥站～西湖文化广场站区间右线全长为 1560.320m，左线全长为1557.985m，区间盾构从沈塘桥站大里程始发后沿文三路以20‰坡度在右 K24+138.890～K24+215.390（64-90环）、左 K24+128.220～K24+204.720（57-83 环）

里程范围下穿既有地铁2号线武林门站～沈塘桥站区间隧道，与2号线约 63°角度相交，叠交长度约为41m，与2号线最小竖向净距为3.34m。

地铁既有2号线有3条线路，分别为下行线、停车线、下行线，下穿段2号线下行线、停车线所处地层为④2淤泥质粉质粘土，上行线上部处于④1淤泥质粘土，下部处于④2淤泥质粉质粘土层；机场快线下穿下行线处上部地层为⑦1粉质粘土层，下部为⑧1粉质粘土层；下穿停车线处上部土层为⑥1淤泥质粉质粘土层，中部为⑦1粉质粘土层，下部为⑧1粉质粘土层；下穿上行线处上部地层为⑥1淤泥质粉质粘土、下部为⑧1粉质粘土层。

④1 淤泥质粘土：灰色，流塑，含有机质，高灵敏度，施工开挖易扰动。

④2层淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，含有机质，高灵敏度，局部夹薄层粉土，粉性较强。

⑥2 淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，局部为软塑，含有机质、腐殖质，夹薄层粉土，为高压缩性土，施工开挖易扰动。

⑦1层粉质粘土：灰黄、褐黄色，硬可塑，厚层状，含铁锰质斑点，韧性中等，干强度中等。实测标准贯入试验锤击数N=20～26击，平均值为24.2击。

⑧1层(淤泥质)粉质粘土：灰色，流塑～软塑，工程性能接近于淤泥质土，呈细鳞片状、絮状，层间夹较多粉土和粉砂，该层自上而下性质渐好，局部呈粉质粘土夹粉砂状。

下穿段机场快线所处地层为⑦1、⑧1粉质粘土，下穿段2号线所处地层为④1 淤泥质粘土、④2 淤泥质粉质粘土。

图1 机场线区间与2号线区间平面位置关系图

2 盾构施工期间地表沉降不同阶段

地表沉降是盾构施工过程中不可避免的工程问题。沉降主要分为5个阶段,即早期固结沉降、掘进期间沉降、盾构完全通过时沉降、盾尾间隙沉降和后卖沉降,盾构通过时的沉降主要由施工所导致的地层员失引起的(图2)。

图2 地表沉降示意图

3 克泥效施工工艺

本文工程案例中,采用的盾构机刀盘直径为7110mm,盾构机施工期间,盾壳与土体间存在的空隙范围为35~50mm(由于盾构机的自重效应,上部空隙最大),如果此空隙得到及时填充,地表沉降将会显著减小,而合适的填充材料需要具备以下几个特点:①便于操作且流动性较好;②具有一定的黏滞性,不易在施工过程产生流失;③具备一定抵抗地下水稀释的能力;④具有一定的可塑性,避免硬化后卡住盾体。

克泥效是由合成钠基黏土矿物、纤维素衍生剂、胶体稳定剂和分散剂构成。克泥效工法是将高浓度的泥水材料（克泥效水溶液，常用浓度为380～420kg/m³）与塑强调整剂（水玻璃 40be’）两种液体分别以配管压送到盾体径向孔处，再将该两种液体以体积比 20：1的比例混合，形成高黏度塑性具有支撑力挡水性胶化体后，在盾构机掘进的过程中同步注入到盾体外，填充盾体与土体之间的间隙，达到有效控制盾构推进时所引起的第三阶段沉降，辅助第四阶段沉降控制。

克泥效能够有效改良注浆材料的相关性能,及时充填盾构机施工过程产生的空隙,从而达到控制地表沉降的目的。

4 克泥效施工流程

采用克泥效水玻璃注浆的目的是为有效即时填充盾体和土体之间间隙,从而达到控制沉降的目标。

克泥效水玻璃注浆的位置在前盾左上和右上位置（图3）。图3 克泥效注入流程示意图

区间于2021年9月12日开始进入下穿2号线影响区30m范围，开始进行试验段模拟掘进，该范围内克泥效参数为注入量为0.7m

³，注入系数150%，注入压力4.0bar。2021年9月17日刀盘切口进入2号线下行线，开始正式下穿2号线，通过试验段掘进参数总结，土压力为2.24～2.4bar时，地面沉降值控制较好。实际下穿过程中配合克泥效进行掘进，理论注入量0.5m³，注入系数150%，注入压力3.5bar。开始下穿时土压设定2.29bar，结合克泥效注入，2号线隧道下行线监测数据显示呈隆起趋势，隆起超过4mm,后续土压逐步降低，隧道隆起值减小。最终经参数调整，减少克泥效注入量，降低注入压力，土压超过2.5bar后隧道隆起增大。因此，土压力值为2.2～2.5bar范围时，2号线隧道监测数据较稳定，隆起2～3mm。

盾构下穿既有2号线期间每环同步注人克泥效浆液,并且通过泄压阀来检查浆液效果,做好记录,根据实际效果和掘进速度及注人压力,不断地调整施工参数,从而改变注入速度,每环注人的量和终压控制在0.5m'和0.35MPa。

5 建筑物沉降监测结果

在地铁2号线下行线、停车线、上行线内都布置有监测点，下穿2号线期间每30min进行一次自动化监测并实时将监测数据反馈至施工现场，下穿区间既有线隧道整体呈现微隆状态，未出现预警情况。各隧道道床沉降变化情况如下图所示。

图4 机场线盾构穿越2号线期间2号线下行线道床沉降随时间变化曲线图

下穿施工期间对地表监测点进行加密监测，重点监测刀盘前方10m及盾构边线两侧2D处关键点数据变化情况。经监测数据反馈，下穿期间各关键监测点数据稳定，未预警。

图5 机场线盾构下穿2号线盾构推进地表关键点沉降曲线图

盾体下穿到2号线下行线时,监测值结果呈现出沉降与隆起上下浮动的变化状态,沉降与隆起值变化很小，在2.0mm左右,空隙充填情况良好,土体变形得到有效控制,为后续壁后注浆及土体加固注浆过程提供保障。出现隆起的原因是由于克泥效注浆量与注浆压力较高,超出了实际孔隙体积。

6 结论

为减小盾构掘进过程中对地铁既有线的影响,经过仔细分析盾构在下穿地铁2号线下行线、停车线、上行线施工沉降过程及阶段,通过对地铁既有2号线盾构下穿实际验证,采用克泥效浆液可以即时填充盾体周边空隙,有效控制地面沉降,并在填充完成后不会产生卡住盾体的风险，对以后盾构下穿建筑物时提供了参考。

参考文献：

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