合肥市轨道交通1号线土建施工10个标段共包含2站3区间:湖南路站、徽州大道站、贵阳路站—湖南路站盾构区间 (以下简称贵—湖区间) 、湖南路站—徽州大道站盾构区间 (以下简称湖—徽区间) 、滨湖车辆段明挖区间。2个盾构区间上方覆土主要有: (1) 杂填土、 (2) 黏土、 (3) 黏土, 区间穿越地层主要涉及: (3) 黏土、 (4) 黏土。地下水类型主要为上层滞水, 水位埋深为1.440~2.150m, 含水层主要为 (1) 杂填土, 距离隧道结构顶板较远, 对盾构施工没有直接影响, 盾构隧道范围内无地下水。车站开挖过程中揭示的地下水情况和勘察报告基本一致。本盾构区间穿越的 (2) 黏土、 (3) 黏土、 (4) 黏土具有弱膨胀潜势, 膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形性能。盾构区间采用土压平衡盾构进行施工。

此类地层土体属于第四纪冲洪积层, 隧道穿越地层土体属于微膨胀性黏土, 土体中含有少量灰白色高岭土, 黏土矿物用水湿润后具有可塑性, 且具有与其他阳离子交换的能力。

盾构掘进时, 刀盘前方注水量不足或注水量与泡沫注入量未控制得当时, 极易使土体吸附在刀盘及土仓壁上, 但同时又通过掘进增加土压来出土, 最后导致刀盘结泥饼。

针对本标段黏土层掘进, 对盾构进行适应性改造, 重点针对刀盘、泡沫系统和膨润土注入系统。盾构参数配置及改造项目分别如表1, 2所示。

在前期掘进阶段存在的主要问题是刀盘结泥饼, 共结泥饼3次, 分别在第1, 31, 70环, 经过前4个阶段的掘进, 通过不断调整优化掘进参数 (见表3) , 逐步掌握了在此地层掘进的方法。

针对原设计水系统供水量不足且只在刀盘面板供水的情况, 对原有的水系统进行了改造, 增加了一套15k W的离心泵, 增加的水系统在胸板设有2路注水通道, 并可通过中心回转体向刀盘面板注水, 保证切削土体间光滑, 极大地改善了渣土改良的效果。正常掘进后刀盘扭矩为900~1 200k N·m, 掘进速度为50~60mm/min。通过反复对掘进速度、注水量、泡沫用量等参数不断地调整, 得出在出土顺畅状态下, 最佳掘进速度与注水量、泡沫稀释度及使用量间的关系。

为将隧道轴线最终偏差控制在规范范围内, 盾构掘进时, 应给隧道预留一定的偏移量, 使盾构机沿曲线的割线方向掘进, 管片拼装时轴线位于弧线内侧, 以抵消侧向分力产生的水平位移。本工程隧道掘进过程中, 预偏量为15~25mm, 根据管片实测姿态适时调整。

线路楔形量和管片楔形量的匹配。由于本标段所使用的管片为通用环管片, 每环管片都含有45mm的楔形量, 管片拼装位置应按照管片和线路的匹配关系进行组合, 划分为具体的拼装段进行管片选型控制。盾尾间隙<15mm时, 要及时进行调整。

管片壁后注浆选择重点考虑2个因素: (1) 及时充分地填充管片外的环状空隙, 避免地表沉降, 减小管片上浮; (2) 提高浆液早期强度, 抵抗侧向分力的影响。实际施工中采用同步注浆 (浆液为水泥砂浆) 及二次注浆 (浆液为双液浆) 相结合的施工措施。