周澤民

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司)

1 工程概況

盾構(gòu)始發(fā)井位于云錦路與云錦路交叉口南側(cè)，到達(dá)井位于水西門大街與云錦路交叉口西南側(cè)的人行道內(nèi)。盾構(gòu)隧道線路沿云錦路走向，從規(guī)劃的云錦路下穿隧道西側(cè)以R=500 m半徑曲線穿過，為避開云錦路與集慶門大街交叉口處下方110 kV電纜線，隧道在該處以3道500 m半徑繞行，盾構(gòu)隧道總長度850 m。隧道向北分別以1%和0.2%的坡度下坡，在云錦路路面下管線較多，包括雨水管、污水管、電力電纜、通信電纜、自來水管、燃?xì)夤艿取?/p>

2 工程地質(zhì)、水文條件

2.1 地質(zhì)條件

在建隧道位于南京河西地區(qū)。地貌單元屬長江漫灘，場地地層呈二元結(jié)構(gòu)，上部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，下部以粉土、粉細(xì)砂為主。隧道地質(zhì)條件差。

隧道主要穿過②-2b4、②-3b3-4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層。其中②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為隧道穿過的主要地層，有明顯河湖相沉積特征，具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度，易產(chǎn)生土體流動(dòng)、開挖面不穩(wěn)等現(xiàn)象。

2.2 水文地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，長江漫灘沉積物呈二元結(jié)構(gòu)，上部主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，下部以砂性土為主，賦存于粘性土中的地下水類型屬孔隙潛水，賦存于下部粉土、砂性土中的地下水具一定的承壓性。地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水及生產(chǎn)、生活用水的入滲。深部承壓含水層中地下水與長江及秦淮河均有一定的水力聯(lián)系。

綜上所述，由于此軟弱地層，其流塑性大、自穩(wěn)性差。盾構(gòu)上層覆土較淺，盾構(gòu)在此地層中掘進(jìn)時(shí)，對其上方的管線有一定的影像。因此在盾構(gòu)通過該段時(shí)，必須采取一定的措施對管線進(jìn)行保護(hù)。

3 管線保護(hù)措施

3.1 盾構(gòu)施工對市政管線的影響分析

根據(jù)管線制造材料、接口構(gòu)造、管節(jié)長度等不同情況，地下管線大致可分為剛性管線和柔性管線兩種。它們對于隧道施工中不可避免的地層沉降的反應(yīng)是不同的。對于剛性管線來說，當(dāng)?shù)貙右苿?dòng)時(shí)，主要考慮的是是否會(huì)引起管道的斷裂破壞，而對于柔性管線來說，地層移動(dòng)造成的影響則主要是管線接頭的斷裂或泄漏引起的破壞。在施工中地下管線的破壞，特別是煤氣管和給排水管等，一旦破壞將會(huì)造成難以預(yù)料的嚴(yán)重后果。因此，在施工前，必須詳細(xì)查清沿線受施工影響范圍內(nèi)的各種地下管線的情況，分析預(yù)測地層沉降對管線的影響，并在施工中加強(qiáng)監(jiān)測。針對不同的管線及其與隧道的不同位置關(guān)系，采取合理的保護(hù)措施。

隧道施工對管線的影響主要是，由于施工引起的地表沉降而對管線造成影響，其主要因素包括以下幾個(gè)方面:(1)掘進(jìn)(推進(jìn))施工時(shí)，周圍土體受擾動(dòng)液化，產(chǎn)生下沉。(2)壓力過大對管線造成破壞。(3)超出理論值，引起地表下降，管線變形撓度超過允許值，易產(chǎn)生斷裂。(4)面車輛較多，活荷載大，容易引起管線損壞。(5)(推進(jìn))，埋深越來越大，隧道周圍土體塑性區(qū)不斷下移，管片受力發(fā)生變化，造成管片變形過大。(6)過大，容易引起隧道成型管片發(fā)生側(cè)移。

泥水室內(nèi)的泥水壓力與地層土壓力和水壓力不平衡造成的地表影響如圖1、圖2所示。

圖1 盾構(gòu)泥水室內(nèi)壓力小于水壓力及土壓力之和

圖2 盾構(gòu)泥水室內(nèi)壓力大于水壓力及土壓力之和

3.2 管線保護(hù)施工措施

施工區(qū)域內(nèi)分布有多種管線，根據(jù)管線的位置及施工對其影響采用保護(hù)措施，確保施工影響范圍內(nèi)地下管線的安全。

本工程采用盾構(gòu)法施工，施工中應(yīng)加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，加強(qiáng)監(jiān)控量測，控制地表變形沉降不大于30 mm，隆起不大于10 mm，確保城市交通暢通和管線安全。

(1)通過管線前的準(zhǔn)備工作。

在全路段管線每個(gè)承重柱布設(shè)補(bǔ)勘點(diǎn)以掌握更準(zhǔn)確、全面的地質(zhì)情況。對隧道沿線(距離隧道中線30m范圍內(nèi))管線進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。用醒目的標(biāo)記標(biāo)清楚其在水平面的分布，查閱資料，弄清楚實(shí)際埋深，與在建隧道的距離等。準(zhǔn)備支頂加固材料、注漿加固材料、搶險(xiǎn)機(jī)具設(shè)備、車輛、警戒標(biāo)識物等以備用。在盾構(gòu)掘進(jìn)通過地下管線時(shí)，協(xié)調(diào)外部關(guān)系，對隧道上方道路進(jìn)行管制，在掘進(jìn)時(shí)，上方路段實(shí)行分段封閉，以減小活荷載對隧道的影響。對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修，減少停機(jī)檢修的風(fēng)險(xiǎn)，著重對堵塞的同步注漿管進(jìn)行疏通處理。

(2)通過時(shí)的掘進(jìn)控制。

掘進(jìn)過程的施工技術(shù)要求盾構(gòu)在通過地下管線時(shí)有序、平衡、平穩(wěn)。

①有序。

人、機(jī)、料的配置合理，工序的安排、銜接有序。各工種密切配合，盡量較少盾構(gòu)機(jī)停機(jī)等待時(shí)間。機(jī)械保養(yǎng)定人、定期、專業(yè)、規(guī)范，做到無遺漏、標(biāo)準(zhǔn)化。保證盾構(gòu)掘進(jìn)過程不出大故障，少出小故障。技術(shù)交底、作業(yè)交底按部就班，從經(jīng)理部至作業(yè)面指令暢通、信息反饋準(zhǔn)確、及時(shí)、迅速。

②平衡。

嚴(yán)格控制掌子面壓力，盡量保持土壓平衡，不要出現(xiàn)過大的波動(dòng)。

嚴(yán)格控制出土量，做到進(jìn)尺量與出土量均衡。本隧道開挖直徑3 201 mm，考慮盾構(gòu)姿態(tài)變化或其他原因引起的巖土損失和巖土的松散系數(shù)，每環(huán)出土量約8 m3。除量的控制外，還要堅(jiān)持對每環(huán)碴樣進(jìn)行地質(zhì)水文分析，發(fā)現(xiàn)與開挖斷面地質(zhì)情況不符時(shí)，則馬上采取措施。

除考慮注漿處的水土壓力，還要考慮后方來水、開挖面來水的水壓，故注漿壓力是在注漿處水土壓力基礎(chǔ)上提高1～2 kg/cm2，且應(yīng)使?jié){液不到達(dá)掌子面和壓壞管片和不因注漿壓力過大造成地表隆起。

考慮漿液失水固結(jié)、盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑、部分漿液劈裂到周圍地層，采用理論值的150% ～200%進(jìn)行注漿，即為2.1～2.8 m3.要保證漿液配置與地質(zhì)水文條件、掘進(jìn)速度相適應(yīng)，過本段時(shí)漿液配比設(shè)置為:水∶水泥∶砂∶膨潤土∶粉煤灰 =760∶310∶418∶62∶108(kg)，漿液稠度控制在78～85 mm，砂采用細(xì)砂，減少沉淀，凝膠時(shí)間控制在5 h以內(nèi)。

③平穩(wěn)。

盾構(gòu)姿態(tài)平穩(wěn)。推進(jìn)過程應(yīng)保持盾構(gòu)機(jī)有良好的姿態(tài)，避免蛇行，每環(huán)姿態(tài)變化控制在±5 mm內(nèi)。千斤頂A區(qū)、C區(qū)油缸油壓值差宜保持統(tǒng)一、恒定性，不宜出現(xiàn)過大的波動(dòng)。

管片姿態(tài)平穩(wěn)。做好管片選型，現(xiàn)場對盾尾間隙實(shí)測實(shí)量，控制下部盾尾間隙在70 mm以內(nèi)，注意管片拼裝的橢圓度，防止盾尾刷與管片摩擦碰撞導(dǎo)致盾尾密封、鉸接密封損壞及管片變形。

推進(jìn)速度平穩(wěn)。掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制循環(huán)漿，改善其性能，提高漿液的流動(dòng)性和止水性，防止涌水流砂、結(jié)泥餅和噴涌現(xiàn)象，有利于保持速度的穩(wěn)定。推進(jìn)速度保持在25～40 mm/min，日均進(jìn)尺7～9 m。每掘進(jìn)一環(huán)，必須注漿一次，每次注漿量為2.1～3.2m3，在保證安全和質(zhì)量的前提下，盡量掘進(jìn)，保證工期。在機(jī)械設(shè)備完好，物資供應(yīng)充足的情況下，不得無故拖延，盡量保證盾構(gòu)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下不要停留過長時(shí)間。

(3)通過后的補(bǔ)強(qiáng)措施。

①二次注漿。

盾構(gòu)同步注漿后，由于漿液的脫水，漿液體積收縮會(huì)加劇地表的后期沉降量，又由于盾構(gòu)推力，襯砌和土層間會(huì)相互分離，二次注漿能有效地進(jìn)一步充實(shí)背襯和提高止水能力。如果地表沉降過大，則必須進(jìn)行二次注漿。

②三次復(fù)緊。

為防止因管片的變形引起地層的過度擾動(dòng)，對管片螺栓擰緊要求三次復(fù)緊。

即拼裝管片時(shí)一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至每環(huán)管片拼裝前，對相鄰已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

4 施工情況

2008年12月，南京云錦路電纜隧道盾構(gòu)段通過采用上述方法，順利穿越自來水管及煤氣管，地面沉降控制在3 cm以內(nèi)，未對地表建筑及地下管線造成影響。根據(jù)地勘報(bào)告，淤泥質(zhì)粘土內(nèi)摩擦角約7°，即地層滑動(dòng)破裂角為45°+7°/2=48.5°，故隧道沉降影響范圍為

式中:l為沉降影響范圍;h為隧道覆土厚度;r為隧道半徑。

根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果顯示，隧道沉降對地層影響大致如圖3所示。

圖3 地層沉降對地表影響示意圖

地層沉降與掘進(jìn)時(shí)間基本呈曲線管線，掘進(jìn)完成后3 d內(nèi)沉降速率較大，而3 d后沉降基本趨于穩(wěn)定，沉降曲線如圖4所示。

圖4 地層沉降速率示意圖

5 結(jié)束語

南京云錦路電纜隧道盾構(gòu)段通過采用上述方法，順利穿越自來水管及煤氣管，地面沉降控制在3 cm以內(nèi)，未對地表建筑及地下管線造成影響。說明此方法具有一定的可操作性，可供類似工程參考使用。

［1］ 盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范(GB50446-2008)［S］.

［2］ 范運(yùn)林.地基沉降對燃?xì)夤艿赖膿p害及對策［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.