□文/曹坎嵩

工程概況

沈陽地鐵一號(hào)線云峰北街站—沈陽站站區(qū)間設(shè)計(jì)起止里程 DK10+573.295～DK11+961.050（雙線），采用土壓平衡盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)隧道為圓形斷面，采用C50S10鋼筋混凝土預(yù)制管片拼裝而成，管片內(nèi)徑ф 5 400mm，厚度300mm，環(huán)寬1 200mm，錯(cuò)縫拼裝。

在里程DK11+506.8～DK11+527.8處隧道左右線從水塔下方穿越，水塔容量1 200 t，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高45.6 m，基礎(chǔ)深4.4 m，基礎(chǔ)直徑21 m，隧道結(jié)構(gòu)頂距離地面約22.0 m，隧道結(jié)構(gòu)頂距離水塔基礎(chǔ)底約17.6 m。盾構(gòu)主要穿越地層為中粗砂及礫砂，水位埋深約10.2 m。見圖1-圖3。

圖1 下穿的水塔

圖2 隧道下穿水塔平面示意

圖3 隧道下穿水塔剖面示意

盾構(gòu)選型及施工控制重點(diǎn)

盾構(gòu)選型

在穿越建（構(gòu)）筑物施工中，采用盾構(gòu)法能更好控制地面沉降、減小施工風(fēng)險(xiǎn)，將建（構(gòu)）筑物傾斜、沉降及開裂的幾率降到最低。

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)工作原理、適用地質(zhì)領(lǐng)域的寬窄、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及對(duì)環(huán)境的影響等綜合均衡比較之后，決定采用φ6 280mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)用于本區(qū)間穿越水塔施工，該機(jī)械主機(jī)長度9.62 m，最小轉(zhuǎn)彎半徑250 m；刀盤型式為6輻條+6面板式結(jié)構(gòu)，開口率為32%，其中先行撕裂刀45把、標(biāo)準(zhǔn)刮刀86把、周邊刮刀12把、刀盤外緣保護(hù)刀11把、超挖刀1把，超挖量65mm。

施工控制重點(diǎn)

盾構(gòu)隧道施工引起的地層變形主要原因是施工中的地層損失和隧道周圍土體受擾動(dòng)產(chǎn)生的再固結(jié)。引起地層損失的主要原因有開挖面土體的擾動(dòng)；土體擠入施工建筑空隙；土體與管片襯砌的相互作用；盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)調(diào)整引起土體超挖等。因此，將以上引起地層損失的主要原因作為盾構(gòu)穿越水塔施工的控制重點(diǎn)。

穿越水塔技術(shù)措施

正面土壓力

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)的原理，土倉中的壓力須與開挖面的正面土壓力平衡，以維持開挖面土體的穩(wěn)定。下穿水塔期間，隧道洞身范圍內(nèi)主要為中粗砂及礫砂，土倉頂部壓力控制在110～140 kPa，實(shí)際施工時(shí)，再根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測(cè)情況，隨時(shí)調(diào)整。

盾構(gòu)推力

根據(jù)前期盾構(gòu)掘進(jìn)中總結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合模擬段推力情況，總推力控制在17 000～20 000 kN，扭矩1 500～1 800 kN·m，可根據(jù)具體掘進(jìn)情況適當(dāng)調(diào)整。

推進(jìn)速度

盾構(gòu)推進(jìn)速度與土倉正面土壓力、千斤頂推力、土體性質(zhì)等因素有關(guān)，施工中應(yīng)綜合考慮。若推進(jìn)速度加快而出土率較小，則土倉土壓力會(huì)增大，地層損失減小。反之推進(jìn)速度放慢，出土率增加將令土倉土壓力下降，地層損失增加。根據(jù)盾構(gòu)穿越經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)速度控制在20～30mm/min左右，推進(jìn)過程中保持穩(wěn)定，連續(xù)均衡推進(jìn)。

盾構(gòu)出土量

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)型及前期出土參數(shù)，土體松散系數(shù)1.2～1.4，出土量控制在45～48 m3/環(huán)。在推進(jìn)過程中分段控制，每推進(jìn)200mm，核實(shí)土斗內(nèi)相應(yīng)的出土量，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整。

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

在盾構(gòu)下穿水塔前，將盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整至最佳。盾構(gòu)施工過程中，技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)變化、隧道埋深、地面荷載、地表沉降、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、刀盤扭矩、千斤頂推理等各種勘探、測(cè)量數(shù)據(jù)信息，正確下達(dá)每班掘進(jìn)指令，及時(shí)跟蹤調(diào)整。

盾構(gòu)在水塔下豎向偏差控制10mm之內(nèi)，平面偏差控制在15mm內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)操作人員須嚴(yán)格執(zhí)行指令，謹(jǐn)慎操作，對(duì)初始出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時(shí)糾正，盾構(gòu)機(jī)糾偏不宜過大（一次糾偏量≯5mm），以減小對(duì)地層的擾動(dòng)。

同步注漿

（1）同步注漿目的。由于盾構(gòu)外徑6 280mm，大于管片直徑，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)外殼脫離管片后，在管片與天然土體之間出現(xiàn)空隙，會(huì)引起地層變形，建筑物失穩(wěn)，管片變形并漏水。盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的間隙和減少后期沉降的主要措施，同時(shí)作為管片外防水和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。

（2）注漿方式。注漿系統(tǒng)與掘進(jìn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，掘進(jìn)時(shí)盾尾出現(xiàn)空隙立即注入漿體。盾構(gòu)機(jī)上的注漿管，按上下左右各一個(gè)均布在盾尾鋼板內(nèi)，使?jié){液在盾尾處注入空隙。見圖4。

圖4 同步注漿示意

（3）注漿施工參數(shù)及漿液配比。根據(jù)施工情況、地質(zhì)情況控制壓漿數(shù)量和壓漿壓力。一般情況下，每環(huán)壓入量控制在理論建筑空隙的130%～200%（理論建筑空隙為3.24 m3/環(huán)），注漿壓力約0.3～0.4 MPa。漿液配比為水泥∶砂∶水∶粉煤灰∶膨潤土=1∶3.5∶2.5∶2.7∶0.3，可根據(jù)具體施工情況適當(dāng)調(diào)整。

（4）同步注漿主要物理力學(xué)指標(biāo)。同步注漿漿液的主要物理力學(xué)性能應(yīng)該滿足下列指標(biāo)。

a膠凝時(shí)間。一般為6～8 h，根據(jù)地層條件和掘進(jìn)速度，通過現(xiàn)場試驗(yàn)加入促凝劑及變更配比來調(diào)整膠凝時(shí)間。對(duì)于強(qiáng)透水地層和需要注漿提供較高的早期強(qiáng)度的地段，可通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)整配比和加入早強(qiáng)劑，進(jìn)一步縮短膠凝時(shí)間，獲得早期強(qiáng)度，保證良好的注漿效果。

b固結(jié)體強(qiáng)度。1 d固結(jié)體強(qiáng)度≮0.2 MPa（相當(dāng)于軟質(zhì)巖層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度），28 d固結(jié)體強(qiáng)度≮2.5 MPa（略大于強(qiáng)風(fēng)化巖天然抗壓強(qiáng)度）。

c漿液穩(wěn)定性。傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）＜5%。

二次補(bǔ)充注漿

（1）注漿參數(shù)。由于二次補(bǔ)強(qiáng)注漿是彌補(bǔ)同步注漿的空隙，其注漿量與同步注漿效果密切相關(guān)，一般以注漿壓力作為控制標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力控制在0.4～0.6 MPa且能維持穩(wěn)定作為二次注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿量可參考同步注漿量的30%，即為1.5～2.0 m3。實(shí)際壓力及注漿數(shù)量可根據(jù)計(jì)算及現(xiàn)場注漿效果適當(dāng)調(diào)整。

（2）注漿方式。二次注漿在管片脫離盾尾6～8環(huán)進(jìn)行，注漿管從管片的注漿孔內(nèi)向管片與土體之間的孔隙中注入。注漿前先將孔內(nèi)50mm厚的封孔混凝土鑿?fù)ā?/p>

（3）注漿漿液。二次注漿采用硬性單液漿或1∶1水泥水玻璃雙漿液，及時(shí)跟進(jìn)補(bǔ)漿。

其他措施

管線保護(hù)措施

根據(jù)沿線地面管線詳細(xì)調(diào)查資料，在水塔附近隧道施工影響范圍內(nèi)，對(duì)管線進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)施工的擾動(dòng)程度相當(dāng)于暗挖段的一半，結(jié)合已有的暗挖對(duì)管線的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，與沈陽站地區(qū)隧道的埋深情況，采用地表監(jiān)測(cè)的形式來替代管線監(jiān)測(cè)，也可對(duì)重要管線專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。

應(yīng)急準(zhǔn)備

為了防止出現(xiàn)意外，在盾構(gòu)經(jīng)過水塔區(qū)域時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與地面觀測(cè)，在其旁邊備上地基加固應(yīng)急物資，如鋼管、水泥、注漿機(jī)等。采取加固措施后，將繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，觀測(cè)水塔或地面的沉降趨勢(shì)，做到對(duì)水塔不均勻沉降的影響降至最小。同時(shí)了解水塔補(bǔ)水井位置，必要時(shí)對(duì)水塔進(jìn)行卸載。

施工監(jiān)測(cè)

在盾構(gòu)穿越過程中，對(duì)水塔附近道槽沉降量及塔身沉降、傾斜進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率4～6 h/次，安排人員24 h重點(diǎn)巡視，及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋以調(diào)整掘進(jìn)及注漿參數(shù)，確保施工安全。

地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

橫向以隧道中心線為中點(diǎn)向兩邊均勻布設(shè)測(cè)點(diǎn)，左右各布4點(diǎn)，分別距離隧道中心線1.5、3、9、15 m，縱向5～7 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況加密測(cè)點(diǎn)。見圖5。

圖5 地面橫向監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意

具體的做法是用沖擊鉆鉆孔，打入φ14～16mm，長度70～100 cm的鋼筋（排除管線等影響后可加大鋼筋長度）且鋼筋頭低于枕木2～3 cm，用紅油漆做好標(biāo)志并加蓋保護(hù)。

水塔及臨近建（構(gòu)）筑物的測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在隧道施工影響范圍內(nèi)根據(jù)沿線地面構(gòu)筑物的詳細(xì)調(diào)查資料，建（構(gòu)）筑物的歷史年限、使用要求以及受施工影響的程度，確定在需保護(hù)的構(gòu)筑物的四角及其他構(gòu)筑物周圍基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，有裂縫的構(gòu)筑物要設(shè)裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，重點(diǎn)布設(shè)水塔測(cè)點(diǎn)。見圖6。

圖6 水塔監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)平面示意

水塔及建（構(gòu)）筑物測(cè)點(diǎn)布設(shè)用沖擊鉆鉆孔，打入長度為12～15 cm、直徑為12～14mm測(cè)桿，用水泥砂漿填滿空隙。

結(jié)語

盾構(gòu)下穿水塔過程中，操作手按指令認(rèn)真操作，各技術(shù)部門嚴(yán)格把關(guān)，左線盾構(gòu)率先下穿成功，半個(gè)月后右線盾構(gòu)也順利通過，左右線盾構(gòu)均在3 d內(nèi)下穿完成，施工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，沒有再采用地面注漿加固的方案，既節(jié)約了成本又縮短了工期。周圍地表沉降控制在允許范圍內(nèi)，建筑物未發(fā)生過量下沉及開裂、破損，水塔最大累積沉降5.8mm，附近地面最大累計(jì)沉降6.3mm。

[1]張鳳祥，朱合華,傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社,2004.

[2]張鳳祥,傅德明,楊國祥，等.盾構(gòu)隧道施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2005.

[3]周文波,吳惠明,趙曉霞.國產(chǎn)盾構(gòu)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用[J].都市快軌交通,2006，(2)：46-50.

[4]江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.