嚴(yán) 濤

(西南交通大學(xué) 峨眉校區(qū) 土木系，四川 峨眉山 614202)

1 工程概況

本區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越京杭大運(yùn)河，河底高程為－3.26 m，河底距離隧道結(jié)構(gòu)頂?shù)拇怪眱艟嗉s8.9～9.2 m。盾構(gòu)主要在④2粉砂和⑤粉質(zhì)黏土兩層中穿過(guò)，④2粉砂層透水性強(qiáng)，因此穿越該河道時(shí)應(yīng)防止河底冒漿及河底土層坍塌(“冒頂”)。對(duì)存在的施工風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)措施，以確保盾構(gòu)順利、安全通過(guò)。

該段工程盾構(gòu)施工從濱河路站出發(fā)，出站后沿鄧尉路向東，為了給規(guī)劃中的干將西路西延工程預(yù)留橋梁施工條件，左右線均以R=500 m的半徑向南繞行。下穿京杭大運(yùn)河、運(yùn)河公園后以 R=800 m、R=2 000 m兩個(gè)半徑轉(zhuǎn)回三元四村小區(qū)主道東行，最后進(jìn)入三元村站。采用兩臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)分別施工左右線，區(qū)間左右線隧道總長(zhǎng)1 897.387 m，其中左線全長(zhǎng)948.411 m，右線全長(zhǎng)948.976 m。在 KD7+524～KD7+608段下穿運(yùn)河，該段線路為800 m半徑的平曲線，縱向?yàn)?‰的下坡段，線路中線線間距約為13.0 m。隧道穿越京杭運(yùn)河段地質(zhì)剖面如圖1所示。

隧道掘進(jìn)采用小松新型TM634PMX土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，隧道成型采用外徑φ6 200 mm的預(yù)制混凝土管片。盾體前體外徑φ6 340 mm，盾殼厚度40 mm，盾尾間隙30 mm，裝備總功率約1 050 kW。最大掘進(jìn)速度8.5 cm/min，刀盤(pán)型式為面板式，刀盤(pán)開(kāi)口率40%。該盾構(gòu)機(jī)最大推力38 500 kN，額定扭矩為5 151 kN·m。采用螺旋機(jī)、皮帶機(jī)出渣和電瓶車泥斗水平運(yùn)輸、龍門吊垂直提升的方式出土。

2 技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

根據(jù)盾構(gòu)穿越大運(yùn)河地段的工程特點(diǎn)與施工技術(shù)方案的特點(diǎn)，以及對(duì)招標(biāo)文件和大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查所收集資料的研究分析，歸納總結(jié)了該施工段的技術(shù)難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

2.1 盾構(gòu)機(jī)與管片姿態(tài)的控制

1)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向進(jìn)行自轉(zhuǎn)測(cè)量，自轉(zhuǎn)角度控制在0.3°。

2)利用千斤頂行程儀對(duì)千斤頂進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作演算處理、方向修正值的解析。

3)為了能準(zhǔn)確測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的位置，每推進(jìn)2環(huán)進(jìn)行一次檢查和修正。盾構(gòu)機(jī)的垂直、平面偏差控制在±50 mm以內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過(guò)大、過(guò)頻，推進(jìn)時(shí)不急糾、不猛糾。多注意觀察管片與盾殼的間隙，以減少盾構(gòu)施工對(duì)盾尾密封效果的影響。

2.2 防止開(kāi)挖面失穩(wěn)

1)采用傳感器法和聲納法對(duì)河底沉降進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合盾構(gòu)機(jī)及管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)信息反饋及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，快速通過(guò)本段。

2)在推進(jìn)過(guò)程中，按設(shè)計(jì)值設(shè)定切口土壓。推進(jìn)過(guò)程中，同時(shí)控制好切口土壓的波動(dòng)范圍，一般控制在設(shè)定值的±5%以內(nèi)，以保證切削面穩(wěn)定。此外，在盾構(gòu)掘進(jìn)前需要根據(jù)覆土深度的變化、地質(zhì)情況、河流情況等合理確定盾構(gòu)切口處平衡壓力，及時(shí)對(duì)設(shè)定的平衡壓力進(jìn)行調(diào)整。

2.3 防止螺旋輸送機(jī)的噴涌

1)關(guān)閉螺旋輸送器繼續(xù)掘進(jìn)，讓切削下的土體擠出土艙內(nèi)的水體。但要預(yù)防土艙內(nèi)壓力過(guò)高而造成盾構(gòu)機(jī)前方地面隆起、冒漿以及擊穿盾尾密封等事故。

2)采用泡沫劑改良渣土不理想時(shí)，采用聚合物改良，降低渣土的滲透系數(shù)。

圖1 隧道穿越京杭運(yùn)河段地質(zhì)剖面

2.4 防止盾尾漏漿以及防漏水

1)提高同步注漿質(zhì)量與管理。每環(huán)推進(jìn)前，對(duì)同步注漿的漿液進(jìn)行小樣試驗(yàn)，嚴(yán)格控制初凝時(shí)間。在同步注漿過(guò)程中，合理掌握注漿壓力，注漿出口壓力=切口水壓+(60～100)kPa，使注漿量、注漿流量和推進(jìn)速度等施工參數(shù)形成最佳匹配。

2)加強(qiáng)盾尾艙的管理。在推進(jìn)過(guò)程中，因設(shè)備故障和操作失誤往往引起切口水壓的波動(dòng)。在每次調(diào)高切口水壓后，進(jìn)行試推進(jìn)，并安排專人觀察盾尾漏漿情況，確定無(wú)漏漿后再正式調(diào)高切口水壓，進(jìn)行正常掘進(jìn)。同時(shí)注意加強(qiáng)盾尾刷保護(hù)并嚴(yán)格控制盾尾油脂的壓注。在穿越運(yùn)河期間對(duì)盾尾艙進(jìn)行定期檢查，平均每天全面檢查一次。在管片拼裝前必須把盾殼內(nèi)的雜物清理干凈，以防對(duì)盾尾刷造成損壞。

3 施工準(zhǔn)備

盾構(gòu)下穿京杭大運(yùn)河，要充分考慮河流及施工情況:地下水與地表水轉(zhuǎn)化、覆土厚度變化、開(kāi)挖面的穩(wěn)定、隧道結(jié)構(gòu)上浮及管片變形、防水等問(wèn)題。在盡量降低對(duì)河流和周圍環(huán)境有影響的前提下，制定充分的對(duì)策，確保盾構(gòu)順利、安全穿越運(yùn)河。并控制岸堤基礎(chǔ)沉降與開(kāi)裂，保護(hù)岸堤與兩岸建筑。

穿越前準(zhǔn)備:召開(kāi)穿越運(yùn)河段的技術(shù)交底會(huì)議，明確各崗位人員職責(zé)，并制定穿越運(yùn)河期間的值班表。現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備充足的管片、防水材料、連接螺栓、注漿材料、泡沫及各類油脂;各種應(yīng)急物資儲(chǔ)備到位，盾構(gòu)機(jī)后配套間存放有足量海棉條、聚氨酯及注酯泵。對(duì)盾構(gòu)機(jī)、電瓶車、龍門吊等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行一次全面的檢修，同時(shí)配置足夠的易損機(jī)械配件，防止穿越期間發(fā)生停機(jī)現(xiàn)象，確保盾構(gòu)快速、安全穿越運(yùn)河。

4 穿越施工

4.1 穿越河堤地段

盾構(gòu)進(jìn)入河道前后均須穿越河堤防汛墻(防汛墻為漿砌花崗巖)，覆土厚度有一個(gè)突變，由 15 m變?yōu)?.9 m。為保護(hù)其安全，應(yīng)加密布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

駛進(jìn)運(yùn)河階段:盾構(gòu)穿越防汛墻前將盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)調(diào)整到位，在盾構(gòu)切口通過(guò)河堤后，及時(shí)調(diào)整設(shè)定土壓力，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)，盾構(gòu)穿越時(shí)速度控制在3 cm/min以下，推力適當(dāng)減少。

4.2 下穿運(yùn)河地段

盾構(gòu)穿越時(shí)，實(shí)施以有效控制地面沉降為核心的綜合施工技術(shù)措施，施工原則“快速、連續(xù) ”，同時(shí)做好應(yīng)急措施，確保盾構(gòu)機(jī)安全順利通過(guò)。

1)姿態(tài)控制

為了盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，控制糾偏幅度，勤糾。該段線路為800 m半徑的左轉(zhuǎn)彎曲線，掘進(jìn)時(shí)管片易往曲線外側(cè)偏移。因此，預(yù)先將盾構(gòu)機(jī)向曲線內(nèi)側(cè)偏移20～30 mm。為防止管片脫離盾尾后發(fā)生上浮超限，按 －20 mm高程控制。

在每環(huán)拼裝前對(duì)盾尾間隙進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)盾尾間隙情況選擇合適類型的管片及合理的拼裝位置。同時(shí)將盾尾間隙情況反映給盾構(gòu)司機(jī)，以便盾構(gòu)司機(jī)掌握盾構(gòu)姿態(tài)情況。

2)土倉(cāng)壓力

保持土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，是減少對(duì)地層擾動(dòng)的控制重點(diǎn)。穿越時(shí)按照土壓平衡模式推進(jìn)，設(shè)定中心土壓力0.16 MPa，其波動(dòng)控制在 ±0.01 MPa內(nèi)，防止出現(xiàn)壓力驟變的情況。

3)掘進(jìn)速度

在掘進(jìn)過(guò)程中，既要保證較快的速度通過(guò)，又要保持與同步注漿匹配 。因此掘進(jìn)速度均控制在30～50 mm/min;預(yù)計(jì)每天平均推進(jìn)環(huán)數(shù)12環(huán)(14.4 m)。

4)土體改良

砂的內(nèi)摩擦角較大，土倉(cāng)內(nèi)渣土的摩阻力較大，流動(dòng)性差。砂層的透水性好，螺旋輸送機(jī)不能起到良好的止水作用，螺旋輸送機(jī)出口處易發(fā)生噴涌現(xiàn)象。為了保證前方土倉(cāng)內(nèi)的土體能夠建立起土壓平衡模式，也需要對(duì)砂性土體進(jìn)行改良。在掘進(jìn)的同時(shí)向正面土體中注入一定量的泡沫劑，可以減小刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，降低刀盤(pán)的油壓，并使砂土具有適當(dāng)?shù)暮鸵仔?，提高掘進(jìn)速度的同時(shí)，保證前方土體的穩(wěn)定。

5)盾尾密封

盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)控制好掘進(jìn)方向，盡量保持管片外壁與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)壁的間隙四周均勻，以保證盾尾密封刷處于良好工作狀態(tài)，防止管片與盾尾刷發(fā)生擠壓或脫離。

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中加大盾尾密封油脂的壓注量，每環(huán)油脂注入量不小于35 kg/環(huán)，以保證盾尾密封刷的密封性能。在掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)把殘留在盾尾的渣土和異物清理干凈，防止渣土和異物進(jìn)入盾尾艙，損壞盾尾密封。為防止隧道內(nèi)漏漿、漏水造成的積水情況，在隧道內(nèi)加設(shè)大型抽水水泵，以備必要時(shí)使用。

6)出土量管理

嚴(yán)格控制出土量，減少地層損失是盾構(gòu)順利、安全通過(guò)運(yùn)河的關(guān)鍵 。在掘進(jìn)過(guò)程中要加強(qiáng)出土量的管理，保證出渣量與掘進(jìn)速度的一致，避免出渣量遠(yuǎn)大于掘進(jìn)量而引起“冒頂 ”事故 。該段隧道管片寬度為1.2 m，結(jié)合地質(zhì)情況，每循環(huán)出土量控制在37 m3。

7)同步注漿

管片被推出盾尾后，管片與圍巖之間會(huì)產(chǎn)生施工空隙，同步注漿即為達(dá)到填充施工空隙的效果。同步注漿是控制地表沉降、隧道滲漏、管片上浮和管片錯(cuò)臺(tái)的重要措施。每推進(jìn)一環(huán)的理論襯砌外環(huán)形建筑空隙為:1.2π×(6.342－6.22)/4=1.66 m3。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到較好的填充效果，一般應(yīng)保證注漿量是理論值的150% ～220%，即每環(huán)注漿量在2.49～3.65 m3之間。注漿量還應(yīng)結(jié)合注漿壓力進(jìn)行控制，注漿壓力一般控制在0.26～0.30 MPa之間，若壓力明顯增大，則暫時(shí)停止注漿，以免注漿壓力擊穿地層。

注漿作業(yè)與盾構(gòu)推進(jìn)同步進(jìn)行，在注漿時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)均勻注入，其注入量同盾構(gòu)推進(jìn)速度相適應(yīng)。同時(shí)安排人員觀察盾尾情況，一旦發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象應(yīng)在第一時(shí)間上報(bào)情況并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

5 應(yīng)急措施

5.1 機(jī)械故障

安排跟班維修技術(shù)人員，配齊相關(guān)維修工具及一些更換率高的零部件，一旦發(fā)生機(jī)械故障立即解決，避免停機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生。在穿越運(yùn)河前聯(lián)系好盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)廠家，安排專家級(jí)機(jī)械工程師入駐項(xiàng)目部，以便能及時(shí)解決穿越期間可能產(chǎn)生的機(jī)械技術(shù)問(wèn)題，盡量減少可能發(fā)生停機(jī)的持續(xù)時(shí)間。

5.2 盾尾漏漿

如果穿越期間盾構(gòu)姿態(tài)欠佳，使盾尾間隙失衡而產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象，如果不采取有效的措施及時(shí)進(jìn)行處理，將導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果。

輕微的滲漏:在管片拼裝之前，采用20 cm×2 0 cm，1.5～2.0 m長(zhǎng)的兩列海綿條縱向并排，放置在漏漿點(diǎn)的位置，并使上一環(huán)管片縫隙及海綿環(huán)向搭接縫隙錯(cuò)開(kāi)，將拼裝管片壓放在海綿條上，達(dá)到徹底封堵的效果。在后續(xù)推進(jìn)中，盾構(gòu)司機(jī)根據(jù)盾尾間隙及盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整，加大注漿量及注漿壓力，同時(shí)選擇合適的管片進(jìn)行管片姿態(tài)的調(diào)整。

如果上述措施仍無(wú)法阻止漏漿現(xiàn)象，則采取從盾構(gòu)刷后方管片的吊裝孔往管片壁后壓注聚氨酯的措施，在達(dá)到阻漏的效果后立即進(jìn)行推進(jìn)，同時(shí)采取處理輕微滲漏的方法進(jìn)行后續(xù)幾環(huán)的推進(jìn)，直至盾尾間隙情況良好且不再發(fā)生漏漿現(xiàn)象為止。

6 結(jié)語(yǔ)

淺覆土區(qū)域施工是盾構(gòu)過(guò)江隧道工程成敗的關(guān)鍵，需制定嚴(yán)密的施工方案，加強(qiáng)施工過(guò)程的信息化管理，并重點(diǎn)控制防漏、防沉、防浮和防磕等四個(gè)方面，確保淺覆土段施工的安全。在嚴(yán)格按照以上幾點(diǎn)施工后，盾構(gòu)機(jī)安全順利地通過(guò)了京杭大運(yùn)河。沉降及應(yīng)力均控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

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