超大型土压平衡盾构穿越砂性地层施工技术研究.pdf

[摘要]用砂土液化的观点研究盾构穿越饱和砂质粉土引起的地表沉降机理进而用于解决实际工程问题。以迎宾三路超大型土压平衡盾构隧道为工程背景，在室内试验、现场试验和工程实践的基础上，提出并证明了超大型土压平衡盾构穿越砂性土层会引起砂土液化的观点，且针对性地采取了相应的工程措施，解决了超大型土压平衡盾构穿越砂性土层中遇到的开挖面失稳、注浆量失准、地表沉降失控的工程难题。[关键词]隧道工程；盾构；超大型土压平衡盾构；砂土；液化；施工技术

1工程概况
迎宾三路隧道是上海虹桥枢纽的重要组成部分，横穿整个虹桥机场核心区域，是继外难通道工程之后都市核心区建造大型地下快速通道的典型工程。隧道采用国内直径最大的14.27m土压平衡盾构施工，沿线有航空输油管、机场跑道、铁路、高架等重要建（构）筑物，特别是航空输油管和机场跑道对沉降极其敏感，微小的沉降就可能导致灾难性的后果，为此虹桥机场制定了最大沉降1cm的保护策略。
在盾构进入机场前的工程初期，沿用在上海外难通道工程中成功的推进参数，但地表发生了较大沉降，地表典型的沉降历时曲线如图1所示，可以看到盾构切口到达前地表就发生了10mm沉降，在盾尾脱出后达到了30mm,工后沉降达到了50mm,盾构不得不在进入机场前停下来。如果不找出引起地表发生较大沉降的原因并采取相应措施，成功穿越机场已不可能。

2灰色砂质粉土特性研究
④层饱和灰色砂质粉土为第四纪全新世Q,沉积层，上海地区土层中绝大部分都缺失④、层，只有虹桥枢纽地区和苏州河北岸有该土层，但苏州河北岸的该土层分布比较薄，对工程的影响相对较小。在虹桥枢纽地区却大量分布，埋藏深度为8.717.6m,厚度为4.1~12.9m。本工程隧道全线约2
3长度范围内隧道断面上均分布有④，层。室内试验结果表明该土层摇振反应迅速、干强度低、韧性低、渗透性强。在上海地下水丰富地区总处于饱和状态甚至处于承压水条件下。饱和灰色砂质粉土开挖揭露时，在一定的水头动水压力作用下易产生流砂、管涌现象，导致开挖面失稳；在地震等循环剪应力条件下有液化的可能。所有的这些特性都对盾构施工沉降控制十分不利。④，层饱和灰色砂质粉土物理力学性质室内试验结果如表1所示

（略）

4盾构掘进引起砂土液化的危害
1)开挖面局部失稳
盾构推进过程中开挖面的稳定是靠土仓压力的平衡来实现的，土仓压力的设定以开挖面土体的埋深、密度、侧向土压力系数为依据。如果开挖面局部土体发生液化，其物理力学性质将发生质的变化，特别是侧向土压力系数将接近1，那么在不考虑土体液化时设定的土仓压力取侧向土压力系数0.6~0.7和实际相比就明显偏小，这时开挖面就会局部失稳，表现在盾构在到达前地面就开始发生较大沉降（见图1）。

（略）

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