浅谈软土盾构隧道施工理论及其实践分析

常惠涵

中铁二十五局集团有限公司，广东广州 510600

1 软土盾构隧道理论及其实践分析

1.1 工程概况

长沙市轨道交通3号线一期工程从起点坪塘莲坪大道站至终点龙角路站，共设站25座。该工程是3号线一期工程土建施工第9标段，区间左线总长2942.101m，右线总长3142.007m。该土建工程是对长沙地铁3号线9标丝烈区间的软土地基进行加固处理，区间线路间距为12.0～17.0m，最小平曲线半径是3000m，竖曲线最大半径是5000m，隧道埋深为5.400～17.940m左右。从烈士公园东站开始，沿车站北路向北行进，直至丝茅冲站。车站北路属于长沙市内主要的交通线路，行车量较大，并且周边分布着较为密集的建筑物。

1.2 水文地质情况

1.2.1 水文条件

通过施工前期的勘察报告可以得知，本次工程施工区域内的地下水包括两种：卵石层的孔隙水、人工填土层的上层滞水。卵石层、砂以及砾石中存储孔隙水，其主要来源包括地表水、河流补给以及大气降水，水流流量季节变化明显。水位在丰水期上升，在枯水期下降，并且受浏阳河水力影响较大。填土层中存储上层滞水，其主要来源包括人工排水、管道渗水以及大气降水等，受水分蒸发、流渗等影响，水量存在明显的动态变化，在分布上也缺乏连续性。

1.2.2 地质条件

该区间段属于较为典型的河流侵蚀、堆积地貌，是浏阳河河床的一部分，后期在人工改造下形成现有地貌，地形起伏不大，较为平坦。在本次勘察工作中，通过钻探方式揭露的岩土层包括以下几种：①沥青与混凝土路面；②杂填土；③素填土；④淤泥质粉质黏土；⑤圆砾；⑥卵石；⑦粉质黏土；⑧细砂；⑨圆砾；⑩卵石。

1.3 旋喷桩施工方法和施工流程

第一，施工准备阶段。首先，平整场地。在施工开始之前，首先要了解管线分布状况，将施工区域地下2m内所有的障碍物进行清除，对于部分无法清除的障碍物，需要对其进行保护处理。清除工作完毕后，开始进行场地的整平与夯实，同时还要对工程机械、电路以及输送管线等进行合理布设，做到“三通一平”；其次，桩位放样。利用全站仪对施工控制点进行测定，做好标记工作。测定合格后要进行桩位的布设，工具为钢尺、测线，使用竹签将其固定，控制好桩孔中心的位移偏差，确保其不超过50mm；最后，进行灰浆拌制系统以及排污系统的修建。在旋喷桩施工阶段，可能会有10%～20%的返浆出现，需要将其引入到沉淀池内部，沉淀并测定合格后才能进行排放。沉淀后的淤泥和施工渣土一同运走。沉淀系统、排污系统都属于污水处理系统范围内。在水泥材料附近设置灰浆拌制系统，减少运输污染，同时方便施工[1]。

第二，钻机就位。当钻机就位后，需要调平并对中桩基、桩基垂直度进行合理调整，确保钻杆和桩位在同一位置，偏差控制在10mm之内，钻孔的垂直度偏差控制在0.3%以内；在钻孔施工开始之前，首先要对泥浆泵和空压机进行调试，确保其处于正常的运行状态；对钻杆长度进行校正和检验，在钻塔旁边使用红油漆进行深度线的标注，确保其符合设计要求。

第三，引孔钻进。在正式施工之前，首先要进行试喷，确保设备正常运转，然后才能开始正式的钻孔施工。在钻孔阶段，施工人员需要对钻杆节数进行详细、准确记录，以免出现差错。

第四，拔出岩芯管并将注浆管插入其中。在钻孔深度到达设计标准后，需要将岩芯管拔出，使用注浆管进行替换，插入深度要符合预定标准。在插管阶段，施工人员要采取边射水、边插管的方式进行，以免泥沙对喷嘴造成堵塞。控制好水压，确保其在1Mpa以内，防止压力过大射穿孔壁。使用塑料布对高压水喷嘴进行包裹，以免管道内部进入泥土。

第五，旋喷提升。在喷射注浆管插入深度满足设计要求后，需要将其与泥浆泵接通，按照从下到上的顺序进行旋喷，并且清理干净泥浆。在喷射过程中，首先要调整好喷射压力，当其达到预定标准时，逐步提升旋喷管，防止对旋喷管造成损坏。除此之外，为了确保桩底施工质量，当喷嘴到达设计深度时，需要在该位置停留旋转约10s，确保孔口正常冒浆，然后才能继续旋喷提升。在旋喷施工过程中，钻杆的旋转与提升必须同时进行，不允许出现中断现象。如果出现钻机故障问题，需要立即停止施工，防止桩体断裂，此时施工人员需要对故障进行及时检修和排除，以免对整体施工质量造成影响。为了实现桩底施工质量的提升，在桩底1m左右可以将钻杆喷浆旋转时间进行适当增加。除此之外，施工人员还要考虑到土层差异，对旋喷参数进行合理调整。

第六，钻机移位。在旋喷施工过程中，当旋喷提升至设计标高时，需要立即停止，将钻头提升至出孔口，对输送管道、注浆泵进行清洗，然后进行钻机移位。

2 施工常见质量问题及处理措施

2.1 固结体强度不均匀与缩颈问题

造成这一问题的主要原因包括：没有考虑到施工现场的地质条件，喷浆方法、喷浆工具的选择不恰当；在施工过程中，喷浆设备发生故障问题，导致喷浆中断；没有按照设计要求和施工标准控制旋转速度、拔管速度和注浆量，导致桩身直径大小不一，浆液喷射不均匀；没有均匀、充分地搅拌喷射浆液和切削土粒；设备在硬度较大的粘性土中穿过，从而造成缩颈现象。

预防措施与处理方法：做好施工现场勘查工作，明确施工区域的地质条件，认真研究设计要求，在此基础上进行喷浆方法、喷浆工具的选择；在喷浆施工正式开始之前，首先要做好压浆压气试验工作，确保正常后才能开始配浆，确保喷浆持续进行，不能出现中断现象；对固结体的形状、桩身均匀性认真研究，在此基础上进行旋转速度、提升速度、注浆量以及喷射压力等参数的确定；对于容易产生缩颈问题的部位，采取定位旋喷法进行施工，或者采用复喷方式来扩大桩径；将浆液稠度、水灰比等控制在合理范围内。

2.2 压力上不去

造成这一问题的主要原因包括：密封工作没有做好，导致安全阀、管路等接头部位出现渗漏；泵阀受到损坏，油管破裂造成渗漏；没有控制好安全阀的安全压力，导致其数值偏低；吸浆管内部有空气残留。

预防措施与处理方法：在喷浆施工过程中，如果出现压力上不去的情况，需要立即停机检查，确保压力上升正常后，通过清水来进行调压试验，确保其满足规定要求后才能重新开始施工。

2.3 压力骤升

造成这一问题的主要原因包括：喷嘴出现堵塞现象；没有冲洗干净高压管，导致浆液沉积在管内，或者管道被杂物堵塞；泵体、出浆管路出现堵塞现象。

预防措施与处理方法：停止喷浆施工，对机具设备等进行检查。首先进行卸压，如果是喷嘴出现堵塞现象，需要提升钻杆，然后对其进行疏通；如果是其他堵塞现象，需要先将接头松开，然后对其进行疏通，确保堵塞问题解决后才能再次开始工作[2]。

2.4 钻孔沉管困难、偏斜和冒浆问题

造成这一问题的主要原因包括：在施工过程中遇到地下障碍物，地面平整度和夯实度不足，钻杆倾斜度超出设计要求；没有控制好注浆量，与实际需求量出现较大偏差。

预防措施与处理方法：使用钎探设置桩位点，及时发现施工区域的地下障碍物，或者将其清除，或者将桩位点进行移动；做好喷浆前的场地平整控制，严格控制钻杆与地面的倾斜度，确保其不超过1.5%；喷头采用侧口式，根据实际情况适当调小出浆口的孔径，以此实现喷头喷射能力的提升。控制好注浆量，确保其满足实际要求；合理设计浆液配合比，将适量的速凝剂掺入到浆液中，实现浆液固结时间的缩短，以此消除冒浆问题。

2.5 固结体顶部下凹

造成这一问题的主要原因包括：当水泥浆液和土壤混合在一起后，具有析水性的浆液会出现收缩现象，导致凹穴出现在固结体顶部，凹穴深度受多方面因素影响，包括固结体长度、直径以及浆液析水特性等。

预防措施与处理方法：控制好旋喷长度，尽可能使其大于设计长度0.3～1.0m；在施工结束后，凿去一部分固结体，同时利用混凝土将凹穴处填满；在注浆结束后，钻深固结体顶部0.5～1.0m范围，在原先位置进行再次注浆喷射。

3 结语

随着科学技术的进步，许多新材料、新技术、新工艺与新设备逐渐被应用到地铁隧道施工过程中，盾构技术就是其中一个重要表现。在地铁软土盾构施工阶段，施工人员必须做好现场勘察工作，了解施工区间段的地质水文条件，在此基础上制定科学合理的施工方案，并将其落实到施工全过程中，有效确保地铁运行的安全性与可靠性。