■ 周小平

周小平：北京鐵建工程監(jiān)理有限公司，總監(jiān)，高級(jí)工程師，北京，100055

1 概述

在天津地區(qū)，地鐵小直徑盾構(gòu)機(jī)穿越海河不乏先例，但12 m大直徑盾構(gòu)機(jī)在覆土厚度不足一倍盾構(gòu)直徑的條件下還是首例，無經(jīng)驗(yàn)借鑒。天津西站至天津站地下直徑線工程（簡稱天津地下直徑線）盾構(gòu)機(jī)穿越海河風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)施工涉及到最為齊全的拔樁技術(shù)，為國內(nèi)首次對(duì)河底淤泥進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)前預(yù)注漿的工程，采取多種加固措施和風(fēng)險(xiǎn)處理，為今后大直徑盾構(gòu)機(jī)穿越江河施工提供借鑒和參考。

天津地下直徑線盾構(gòu)隧道斜下鉆海河段的里程為DK3+415—580，長165 m，隧道與海河交角約為30°。該段采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)設(shè)備為泥水加壓平衡（膨脹土-氣墊式泥水盾構(gòu)）盾構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)總長約57 m，隧道采用9塊管片（6A+2B+K）錯(cuò)縫拼裝，盾構(gòu)開挖外徑為φ11.97 m，隧道外徑為φ11.6 m，隧道內(nèi)徑為φ10.6 m。

該段隧道位于700 m的曲線上，線路縱坡為面向天津站23‰的上坡，隧道的軌面高程為-28.537~-24.742 m，隧道頂高程為-20.487~-16.692 m，海河河底高程在2008年6月勘測(cè)期間為-1.43~-9.31 m（國家85黃海高程，實(shí)測(cè)）。海河河水水位高程為0.1~0.2 m。洞頂最小覆土厚約8 m（其中淤泥層厚約5.0 m）。

2 地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)

（1）填土：由雜填土及素填土構(gòu)成，雜填土由碎石、磚塊、灰渣等建筑垃圾及生活垃圾為主。局部以黏性土為主，成分復(fù)雜，土質(zhì)不勻，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)較差，在表層普遍分布，海河岸邊最大厚度達(dá)5.6 m；素填土以黏性土為主，夾碎石等，厚1.9～3.1 m。

（2）淤泥：分布在海河底部，含碎石等雜物，最大厚度8.4 m，具靈敏度高，低強(qiáng)度等特點(diǎn)，極易發(fā)生蠕動(dòng)和擾動(dòng)，工程性質(zhì)差。

2.2 水文地質(zhì)

天津地下直徑線穿越海河段地表水為海河河水，勘測(cè)時(shí)水深約9.3 m，水面高程0.1~0.2 m，水面寬150~160 m，因上下游均建有水閘，水流緩慢。

淺層地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第Ⅱ陸相層⑤及其以下粉砂及粉土中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。

地下水的溫度：埋深在5 m范圍內(nèi)隨氣溫變化，5 m以下隨深度略有遞增，一般為14~16 ℃。

潛水賦存在于人工填土層、新近沉積層、第Ⅰ陸相層③、第Ⅰ海相層④。該層水以第Ⅱ陸相層⑤粉質(zhì)黏土為相對(duì)隔水底板。人工填土層為雜填土和素填土，土體結(jié)構(gòu)松散，含水量豐富，土層滲透系數(shù)大。新近沉積層以粉質(zhì)黏土、第Ⅰ陸相層以粉質(zhì)黏土、黏土為主，土體滲透性能叫差，土層滲透系數(shù)較小，潛水流速緩慢。潛水于海河河水聯(lián)系緊密，通過滲流相互補(bǔ)給。

微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤粉質(zhì)黏土為相對(duì)隔水頂板。第Ⅱ陸相層⑤、第Ⅲ陸相層⑥、第Ⅱ海相層⑦、第Ⅳ陸相層⑧的粉土、粉砂、細(xì)砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對(duì)穩(wěn)定。微承壓水水位受季節(jié)影響不大，水位變化幅度小。該層微承壓水接受上層潛水的越流補(bǔ)給，同時(shí)以滲透方式補(bǔ)給深層地下水。該層微承壓水為非典型承壓水，水位觀測(cè)初期，該層水上升很快，一般在30 min之內(nèi)完成全部上升高度的80%左右，30 min之后水位上升速度變緩慢，經(jīng)過24 h之后，穩(wěn)定水位一般穩(wěn)定于潛水位以下?？睖y(cè)期間對(duì)微承壓水進(jìn)行了穩(wěn)定水位觀測(cè)，穩(wěn)定水位埋深約為3.73~7.85 m（高程為-4.55~-1.17 m）。

3 盾構(gòu)機(jī)穿越海河采取措施及風(fēng)險(xiǎn)管理

3.1 海河左岸護(hù)岸樁拔除及恢復(fù)

3.1.1 工程簡介

盾構(gòu)隧道與海河左岸護(hù)岸樁在空間碰撞交叉共24根，需要對(duì)碰撞交叉的鋼筋混凝土樁采用拔除廢棄，然后恢復(fù)護(hù)岸樁及親水平臺(tái)，最后盾構(gòu)隧道通過，恢復(fù)后的護(hù)岸樁采用φ1 000 mm、間距1 250 mm（1 350 mm）鋼筋混凝土灌注樁，共3排，31根，樁長13.6 m。

3.1.2 采取措施

（1）護(hù)岸樁拔除之前，先在護(hù)岸樁后方（靠近海河?xùn)|路處）補(bǔ)充一排φ1 000 mm、間距2 700 mm鉆孔灌注樁，混凝土標(biāo)號(hào)C30，共計(jì)7根，樁長：13.6 m。

（2）拔樁順序?yàn)橄劝纬龊：訓(xùn)|路側(cè)排樁，并以跳樁的施工方法作業(yè)。每拔1根，回填人工拌和的水泥土至設(shè)計(jì)標(biāo)高并恢復(fù)1根φ1 000 mm、間距1 250 mm（1 350 mm）的鋼筋混凝土灌注樁。依次類推直至24根樁（具體需拔除樁個(gè)數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定）拔除并恢復(fù)完畢。

3.1.3 監(jiān)理控制要點(diǎn)

（1）拔樁控制要點(diǎn)。檢查機(jī)械設(shè)備是否與方案中相符，合格證、年檢證是否合格。測(cè)量定位準(zhǔn)確，拔樁機(jī)鉆孔中心與原樁位中心誤差不大于5 cm。測(cè)量拔樁長度與原設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)比對(duì)，查驗(yàn)樁底樁型，如拔除樁長與原設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)相符，則證明本樁完全拔除，如樁底未出現(xiàn)斷樁跡象，則證明本樁完全拔除。樁拔除后，檢查孔底是否有混凝土殘留物，如無則允許進(jìn)行樁的恢復(fù)。

（2）左岸護(hù)岸樁恢復(fù)監(jiān)控要點(diǎn)。廢樁拔除，經(jīng)監(jiān)理檢查符合要求后，及時(shí)進(jìn)行護(hù)岸樁的恢復(fù)，監(jiān)理要控制好樁底回填水泥土及混凝土灌注。

回填土控制要點(diǎn)：水泥土的配比及符合設(shè)計(jì)要求。拌和好后用專用吊桶（水泥土不能與樁中水相混合）把水泥土填放到樁底。用專用壓實(shí)工具壓實(shí)，隨壓實(shí)隨起拔套管，水泥土壓實(shí)到恢復(fù)樁的設(shè)計(jì)標(biāo)高，壓實(shí)好后進(jìn)行鋼筋籠安放、混凝土澆筑。

水下混凝土灌注監(jiān)理要點(diǎn)：按設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范檢查鋼筋籠的加工質(zhì)量，要求焊縫飽滿，長度合格，雙面搭接焊長度為5倍的鋼筋直徑，單面搭接焊長度為10倍的鋼筋直徑，鋼筋籠長度符合設(shè)計(jì)要求，鋼筋直徑與圖紙相符，鋼筋籠直徑與圖紙相符。安放鋼筋籠，籠中心位置偏離樁中心位置不大于1 cm。籠的頂標(biāo)高的誤差為±10 mm，固定好鋼筋籠，以防混凝土澆筑過程中鋼筋籠上浮?；炷凉嘧⑴哉荆簩?dǎo)管長度與孔深相符即保持與樁底距離在30～50 cm；混凝土坍落度控制在18～22 cm，和易性好不離析；檢查隨車配合比試驗(yàn)單，混凝土標(biāo)號(hào)符合設(shè)計(jì)要求，配合比與批準(zhǔn)的配合比相符；混凝土澆筑過程中，混凝土初灌量使導(dǎo)管埋深不小于1.5 m，正常灌注過程中，導(dǎo)管埋深為2～6 m；做好旁站記錄。

3.2 海河鉆孔灌注樁

3.2.1 工程簡介

海河河底加固區(qū)鉆孔灌注樁采用水下C30混凝土，左線首根樁樁位對(duì)應(yīng)的線路里程為DK3+475.180，左線共計(jì)施作18根樁。右線首根樁樁位對(duì)應(yīng)的線路里程為DK3+498.957，右線共計(jì)施作15根樁。

3.2.2 監(jiān)理控制要點(diǎn)

船只測(cè)量定位、錨固準(zhǔn)確。船上準(zhǔn)確定位護(hù)桶中心，中心位置誤差不大于5 cm。準(zhǔn)確定位鉆機(jī)中心，誤差小于5 cm。檢查鉆孔記錄，深度，深度不小于設(shè)計(jì)深度。檢查鉆孔樁的回沉值、直徑，回沉值不大于20 cm，直徑不小于設(shè)計(jì)值。檢查泥漿密度、含砂率，灌注前泥漿密度控制在1.03～1.1，含砂率不大于4%。檢查玻璃纖維筋籠的加工質(zhì)量，籠直徑、長度不小于設(shè)計(jì)值。玻璃纖維筋的安放中心位置誤差不大于1 cm，保護(hù)層合格，并進(jìn)行固定，防止上浮。

以上指標(biāo)合格后方準(zhǔn)進(jìn)行灌注，灌注監(jiān)理按海河護(hù)岸樁監(jiān)理要點(diǎn)監(jiān)理。

3.3 海河河底注漿加固

3.3.1 工程簡介

海河河底注漿加固按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行80排共計(jì)4 110根φ40 mmPE袖閥管，開6 mm孔，梅花形布置，孔間距200 mm，注漿管外套單向閥；管長10～15 m，平面間距布置1.2 m×1.2 m，豎向注漿管底部埋設(shè)至淤泥底以下不小于1 m，注漿管露出水面不小于1 m，每次注漿時(shí)注漿管埋設(shè)根數(shù)大于30根后統(tǒng)一進(jìn)行注漿。注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃濃度為35Be’，雙液漿體積比為（1∶1）～（1∶0.6），水泥漿內(nèi)需摻加一定比例的補(bǔ)償收縮外加劑和膨脹劑；注漿壓力控制1～2 MPa，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力后需持續(xù)30～50 min，雙液漿一天的抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa，當(dāng)?shù)谝淮巫{加固結(jié)體充分凝固后，進(jìn)行第二次注漿，二層注漿漿液采用超細(xì)水泥漿液。

3.3.2 監(jiān)理控制要點(diǎn)

鉆孔定位：對(duì)孔位的軸線標(biāo)記和孔位的測(cè)量放樣，監(jiān)理參與復(fù)核，布孔間距1.2 m×1.2 m，布孔時(shí)孔位偏差≤50 mm。鉆機(jī)就位后，利用線垂結(jié)合水平尺檢查鉆機(jī)水平及鉆桿垂直度，垂直度小于1%，在鉆孔過程中檢查鉆孔垂直度，檢查注漿施工記錄中孔深欄或現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)注漿管的長度，注漿管末端插入土體的標(biāo)高與設(shè)計(jì)深度對(duì)比，控制在±100 mm之內(nèi)。為防止塌孔，鉆孔時(shí)采用膨潤土漿護(hù)壁。

插入袖閥管：袖閥管管徑40 mm，鉆直徑約6 mm的出漿孔眼，呈梅花形布孔，并用橡膠皮封死孔眼。PE管露出水面高度不小于1 m。

注漿材料質(zhì)量控制：注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，其水泥為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為35Be’，雙液漿體積比為（1∶1）~（1∶0.6），水泥漿內(nèi)摻入一定比例的補(bǔ)償外加劑和膨脹劑。

注漿作業(yè)注意以下幾點(diǎn)：注漿壓力1~2 MPa，漿液應(yīng)充分拌制并應(yīng)過篩后才能使用；在規(guī)定的注漿壓力下，當(dāng)灌注段吸漿量不大于l.0 L/min時(shí)繼續(xù)灌注10 min，注漿管以外周圍有嚴(yán)重冒漿現(xiàn)象即可結(jié)束注漿。

為了解注漿質(zhì)量，海河注漿加固后，要求施工單位進(jìn)行鉆芯、注漿均勻性試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行海河清淤、混凝土加固。

3.4 海河右岸護(hù)岸樁拔除

3.4.1 工程簡介

盾構(gòu)隧道于海河右岸護(hù)岸樁垂直最小距離約為0.4 m。為確保盾構(gòu)機(jī)通過時(shí)萬無一失，對(duì)理論距離小于1 m的護(hù)岸樁全部進(jìn)行鉆孔取芯探明其準(zhǔn)確長度，如樁尖未侵入隧道，則在取芯孔內(nèi)回填C30細(xì)石混凝土，如侵入隧道內(nèi)則按左岸護(hù)岸樁拔除方法進(jìn)行拔除并恢復(fù)。

3.4.2 監(jiān)理對(duì)右岸護(hù)岸樁鉆芯取樣控制要點(diǎn)

鉆芯孔位準(zhǔn)確，與原樁位中心誤差不超5 cm。鉆桿傾斜度不大于0.3%。監(jiān)測(cè)鉆芯孔深（根據(jù)鉆桿長度推算），如樁底標(biāo)高不低于隧道標(biāo)高，則不進(jìn)行樁拔除工作。

通過現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣，右護(hù)岸樁樁尖距隧道頂垂直最小距離約0.4 m，未侵入隧道，在取芯孔內(nèi)回填C30細(xì)石混凝土，未作拔除。

4 盾構(gòu)機(jī)穿越海河控制措施

盾構(gòu)機(jī)穿越海河的保護(hù)措施有地面措施和洞內(nèi)措施，洞內(nèi)工程措施是指在掘進(jìn)時(shí)，采用同步注漿、二次注漿、二次深孔注漿；洞內(nèi)工藝措施是充分利用先進(jìn)的盾構(gòu)施工藝，同時(shí)要求掘進(jìn)時(shí)地層損失率控制在0.5%以內(nèi)。

盾構(gòu)機(jī)穿越海河過程，監(jiān)理嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)管片拼裝質(zhì)量，檢算氣墊倉壓力值、控制掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速，密切關(guān)注泥水的密度，做好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整和糾偏，保證偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

4.1 泥水系統(tǒng)參數(shù)

（1）濃度ρ=1.04~1.25 g/cm3；

（2）黏度ν=15~25 s；

（3）脫水量<15 ml（100 kPa，30 min）；

（4）pH值：7~8；

（5）流量：1 200 m3/h。

應(yīng)密切關(guān)注泥水的密度，泥水密度值應(yīng)偏向取大值，如1.25 g/cm3，提高黏度，以便形成高質(zhì)量的泥膜，防止發(fā)生過量超挖的現(xiàn)象。

4.2 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制

參考國內(nèi)外已有大直徑盾構(gòu)設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮施工偏差為±135 mm，線路擬合誤差為±10 mm，局部±15 mm。

在實(shí)際施工中，由于地質(zhì)突變等原因盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向可能會(huì)偏離設(shè)計(jì)軸線并達(dá)到管理警戒值；在穩(wěn)定地層中掘進(jìn)，因地層提供的滾動(dòng)阻力小，可能會(huì)產(chǎn)生盾體滾動(dòng)偏差；在線路變坡段或急彎段掘進(jìn)，有可能產(chǎn)生較大的偏差。因此應(yīng)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、糾正偏差。根據(jù)可視化界面的姿態(tài)進(jìn)行全方位的調(diào)整。

（1）姿態(tài)調(diào)整。參照上述方法分區(qū)操作推進(jìn)油缸來調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，糾正偏差，將盾構(gòu)機(jī)的方向控制調(diào)整到符合要求的范圍內(nèi)。

（2）滾動(dòng)糾偏。當(dāng)滾動(dòng)超限時(shí)，盾構(gòu)機(jī)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，應(yīng)采用盾構(gòu)刀盤反轉(zhuǎn)的方法糾正滾動(dòng)偏差。允許滾動(dòng)偏差≤1o，當(dāng)超過1o時(shí)，盾構(gòu)機(jī)報(bào)警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行反轉(zhuǎn)糾偏。

（3）豎直方向糾偏。控制盾構(gòu)機(jī)方向的主要因素是千斤頂?shù)膯蝹?cè)推力，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)下俯時(shí)，可加大下側(cè)千斤頂?shù)耐屏?，?dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)上仰時(shí)，可加大上側(cè)千斤頂?shù)耐屏M(jìn)行糾偏。

（4）水平方向糾偏。與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時(shí)應(yīng)加大左側(cè)千斤頂?shù)耐七M(jìn)壓力，右偏時(shí)則應(yīng)加大右側(cè)千斤頂?shù)耐七M(jìn)壓力。

4.3 同步注漿

4.3.1 注漿材料及配比

同步注漿是保持盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、固定管片、防止漏水的重要施工措施，根據(jù)試驗(yàn)段盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)處采用水泥沙漿?？偨Y(jié)出同步注漿的配比（見表1）。

在施工過程中，同步注漿的配比要根據(jù)地質(zhì)特征進(jìn)行一定的微調(diào)，在進(jìn)行微調(diào)時(shí)，一定要注意各材料對(duì)漿液性能的影響。

4.3.2 注漿壓力

注漿壓力應(yīng)控制在地層壓力的±50 kPa左右，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際的覆土厚度、開挖地質(zhì)條件決定。

4.3.3 注漿量

注漿量應(yīng)控制在建筑空隙的150%~250%，在工程中，建筑空隙為12.3 m3，因此每次注漿量應(yīng)控制在18.3~30.8 m3范圍內(nèi)，平均應(yīng)保持在24.68 m3/環(huán)。

4.4 二次注漿

（1）注漿材料及配比。二次注漿采用水泥——水玻璃、超細(xì)水泥，二者比例為3∶1（見表2）。在使用超細(xì)水泥時(shí)，應(yīng)注意控制漿液的水灰比，工程采用0.8∶1的水灰比，其初凝時(shí)間約在7 h左右，7 d的抗壓強(qiáng)度約20 MPa。在實(shí)際的施工中，可根據(jù)需要加入高效減水劑來改善漿液的流動(dòng)性。

（2）注漿量。注漿量控制在平均4.5 m3/環(huán)。

（3）注漿壓力。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件決定，一般情況下可選擇0.3~0.5 MPa。

（4）注漿時(shí)機(jī)。二次注漿應(yīng)在管片拖出盾尾后，結(jié)合盾構(gòu)掘進(jìn)的參數(shù)、周邊地質(zhì)環(huán)境、施工監(jiān)測(cè)等確定注漿時(shí)機(jī)，可選擇在同步注漿3~7 d后進(jìn)行。

（5）注漿設(shè)備。雙液注漿采用KZY-80/70雙液注漿泵，超細(xì)水泥注漿采用柱塞泵，選擇時(shí)應(yīng)注意流量/壓力。

（6）注漿位置。原則上應(yīng)從頂部對(duì)稱向拱肩至仰拱注漿。

4.5 二次深孔加強(qiáng)注漿

二次深孔加強(qiáng)注漿是在管片上預(yù)留的注漿孔內(nèi)向地層中打孔，并插入注漿管進(jìn)行注漿，以補(bǔ)償?shù)貙訐p失，減少建（構(gòu)）筑物沉降，設(shè)計(jì)圖給出海河二次深孔加強(qiáng)注漿量見表3。

4.6 盾構(gòu)機(jī)穿越海河參數(shù)表（以刀盤進(jìn)入和通過河面旁站統(tǒng)計(jì)）

盾構(gòu)機(jī)穿越海河參數(shù)見表4。

表1 同步注漿參考配比 kg/m3

表2 水泥-水玻璃參考配比

表3 海河二次深孔加強(qiáng)注漿量

表4 盾構(gòu)機(jī)穿越海河參數(shù)簡表

5 結(jié)束語

天津地下直徑線盾構(gòu)機(jī)成功穿越海河歷時(shí)28 d，是工程技術(shù)難度最大、施工風(fēng)險(xiǎn)最高的一段，標(biāo)志著我國已成功掌握了大直徑泥水盾構(gòu)系統(tǒng)綜合施工核心技術(shù)。該工程過海河的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)及施工工藝、監(jiān)理控制為大直徑盾構(gòu)施工工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。

[1]TB 10424—2010 鐵路混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國鐵道出版社，2010

[2]TB 10417—2010 高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國鐵道出版社，2010

[3]GB 50446—2008 盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008