王晨麗

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司五公司　 天津　300450）

盾構(gòu)隧道穿越河流施工技術(shù)

王晨麗

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司五公司 天津300450）

隨著盾構(gòu)法施工技術(shù)在我國(guó)城市地鐵的發(fā)展，盾構(gòu)法越來(lái)越多地應(yīng)用到各種復(fù)雜地層中。文章以天津地鐵6號(hào)線人民醫(yī)院站～長(zhǎng)虹公園站盾構(gòu)區(qū)間為工程實(shí)例，介紹盾構(gòu)隧道下穿河流的施工技術(shù)，對(duì)施工過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了解決方法，同時(shí)對(duì)以后類(lèi)似工程有一定的借鑒作用。

地鐵 盾構(gòu) 穿越河流 技術(shù)

1　工程概述

1.1工程概況

天津地鐵6號(hào)線人民醫(yī)院站～長(zhǎng)虹公園站區(qū)間（以下稱(chēng)人～長(zhǎng)區(qū)間）左線設(shè)計(jì)里程為：左DK18+380.000～左DK19+114.126（含長(zhǎng)鏈0.003 m，短鏈0.384 m），左線隧道全長(zhǎng)733.745 m（489環(huán)）；右線設(shè)計(jì)里程為：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右線隧道全長(zhǎng)734.126 m（490環(huán)）；區(qū)間左右線隧道總長(zhǎng)1 467.871 m；區(qū)間最小曲線半徑2 000 m，區(qū)間線間距11～15.6 m，區(qū)間隧道為單面坡，最大縱坡-11.909 ‰，隧道覆土11.6～20 m。人～長(zhǎng)區(qū)間施工中，采用了中鐵重工生產(chǎn)的Φ6410 mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（DZ059）。

1.2隧道穿越津河及芥園橋概述

芥園橋橫跨津河，區(qū)間隧道在DK18+592～DK18+573（348～361環(huán)）下穿津河以及芥園橋，隧道與津河斜交成83°，河道寬19 m，河道深2～3 m，隧道頂部距離河底垂直距離10.5 m，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

芥園橋部分舊橋樁位于區(qū)間隧道開(kāi)挖范圍之內(nèi)，現(xiàn)除了5號(hào)舊橋樁（素砼樁）未找到，其余舊橋樁已拔除（直徑0.8 m），并用水泥土回填，在隧道兩側(cè)新建橋樁，直徑1.5 m，樁長(zhǎng)57 m，隧道與橋樁最小水平凈距為2.15 m，下穿段覆土10.5×13 m。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

2　地質(zhì)條件

人～長(zhǎng)區(qū)間穿越津河及芥園橋段隧道所處地層主要為⑥4層粉質(zhì)粘土、⑦層粉質(zhì)粘土、⑧1層粉質(zhì)粘土，無(wú)承壓含水層。穿越河流隧道處在此地層，容易引起盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)噴涌和盾尾漏水漏砂。

3　施工技術(shù)

3.1 盾構(gòu)參數(shù)

3.1.1土壓力

土壓力的設(shè)定考慮水壓力，根據(jù)地質(zhì)情況及隧道埋深情況理論計(jì)算切口平衡壓力得到：

刀盤(pán)頂部正面土壓力：σmin=kγh+Po

式中，k為土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，粉質(zhì)粘土取0.53，土重度18 kN/m3，Po為水壓力，水重度10 kN/m3，h取3 m（津河深度），隧道頂距離河底垂直距離10.5 m，隧道直徑6.2 m。

刀盤(pán)底部正面土壓力：σmax=kγh+Po

土壓力計(jì)算值在0.13～0.19 MPa之間，控制值為0.15～0.21 MPa之間。

3.1.2出土量

為保證施工過(guò)程中，出土量控制在理論值的95%～98%（46.36～47.82 m3），嚴(yán)格控制每環(huán)出土量，確保不出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

3.1.3掘進(jìn)速度

在穿越津河的掘進(jìn)過(guò)程中，由于需要穿越水泥土回填樁，因此盾構(gòu)應(yīng)減小推進(jìn)速度，以2～4 cm/min為宜，慢推細(xì)磨過(guò)水泥土回填樁。盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程速度保持穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越，減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)前方土體造成的擾動(dòng)，減少對(duì)護(hù)堤墻的影響。

根據(jù)理論計(jì)算及以往類(lèi)似工程總結(jié)，盾構(gòu)穿河流的掘進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　盾構(gòu)穿越河流施工參數(shù)表

3.2同步注漿

盾構(gòu)在穿越施工時(shí)壁后注漿填充率控制在130%～250%，按照該注入率每環(huán)注漿量為4.6 m3到8.9 m3，漿液稠度控制在9～11 cm，注漿壓力0.3～0.4 MPa，該漿液通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定漿液配比，在確保壓漿質(zhì)量的前提下，方能進(jìn)行下一環(huán)的推進(jìn)施工。

水泥砂漿材料要求及配合比如表2所示。

表2　水泥砂漿材料表

3.3二次注漿

當(dāng)同步注漿效果不佳而出現(xiàn)沉降過(guò)大、管片漏水時(shí)，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，通過(guò)二次注漿泵將水泥漿和水玻璃通過(guò)管片吊裝孔注入管片與周?chē)馏w之間。

隧道盾構(gòu)施工，在保證二次注漿對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)沒(méi)有影響的前提下，在盾構(gòu)連接橋處安裝一臺(tái)雙液注漿機(jī)隨時(shí)對(duì)隧道采用可硬性漿液進(jìn)行二次注漿補(bǔ)強(qiáng)。具體實(shí)施過(guò)程為在盾尾5～8環(huán)以后從隧道上部注漿孔進(jìn)行二次注漿。二次注漿選用收縮率小于5 %的漿液配比，具體如雙液漿配比參數(shù)表3所示。

表3　雙液漿配比參數(shù)表

如注漿孔需多次打開(kāi)重復(fù)注漿，雙液注漿結(jié)束后，在孔口區(qū)域注入適量的封閉漿，以保證再次注漿時(shí)注漿孔能順利被打開(kāi)。

二次注漿技術(shù)參數(shù)如下：注漿壓力≤0.50 MPa，雙液漿初凝時(shí)間為50 s。

3.4盾構(gòu)姿態(tài)

此段隧道主要穿越粉質(zhì)粘土層。在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入影響區(qū)之前，盡量將盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整至最佳，嚴(yán)禁超量糾偏，蛇行擺動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)前后端和設(shè)計(jì)軸線偏差控制在40 mm以?xún)?nèi)，避免盾構(gòu)機(jī)頻繁或大幅度調(diào)整姿態(tài)。同時(shí)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的人工復(fù)核，確保盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線的偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。在河流下糾偏坡度控制在±1‰之內(nèi)，平面偏差30 mm內(nèi)，一次糾偏量不超過(guò)4 mm。

3.5盾尾防漏

在盾構(gòu)穿越河流前對(duì)盾尾密封裝置進(jìn)行檢修，使用性能穩(wěn)定質(zhì)量可靠的盾尾油脂，穿越期間加大盾尾油脂的注入力度，確保盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中盾尾不涌水或流砂。

3.6土體改良

由于此段隧道穿越水泥土回填樁，在盾構(gòu)的刀盤(pán)正面壓注泡沫，從而降低刀盤(pán)扭矩保證盾構(gòu)穿越時(shí)有均衡的推進(jìn)速度。加泡沫時(shí)嚴(yán)格控制注入量和壓力，避免土體在過(guò)多的泡沫量和較高的壓力下形成定向貫通的介質(zhì)裂縫，造成滲水通道，嚴(yán)重影響到隧道的安全狀況。

3.7減少超挖

減少盾構(gòu)的超挖，以改善盾構(gòu)前方土體的坍落現(xiàn)象。盾構(gòu)掘進(jìn)速度，應(yīng)與地表控制的隆陷值、進(jìn)出土量、正面土壓平衡調(diào)整值及同步注漿等相協(xié)調(diào)，如停歇時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，必須及時(shí)封閉正面土體。如出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，采用加大注漿量，保證注漿壓力來(lái)對(duì)地層損失進(jìn)行補(bǔ)充。

3.8加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、信息化施工

制定專(zhuān)項(xiàng)的監(jiān)控量測(cè)方案，做到信息化施工。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果制定相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定相應(yīng)的預(yù)警值、報(bào)警值、警戒值。對(duì)盾構(gòu)管片、地面均應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制地面沉降量和管片結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。當(dāng)變形速率或變形量超過(guò)警戒值時(shí)，及時(shí)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主溝通，及時(shí)采取措施。穿越施工段，每天進(jìn)行人工復(fù)測(cè)，與自動(dòng)導(dǎo)向測(cè)量系統(tǒng)共同指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)方向，確保推進(jìn)軸線。

4　穿越河流主要技術(shù)難點(diǎn)及原因分析

4.1涌水涌砂

在盾構(gòu)法隧道穿越工程中，盾尾密封是保證盾構(gòu)掘進(jìn)隧道與掘進(jìn)面完全隔離的關(guān)鍵性控制部位，一旦密封損壞，將會(huì)造成盾尾涌水涌砂，給掘進(jìn)施工造成困難，甚至直接影響到人員、設(shè)備的安全。另外管片拼裝不居中，盾尾油脂注入量小，同步注漿壓力過(guò)大也容易出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象。如果出現(xiàn)涌水涌砂應(yīng)減小同步注漿壓力，打入優(yōu)質(zhì)盾尾油脂，并調(diào)整配比縮短漿液凝固時(shí)間，盡早降低盾尾處注漿壓力。

4.2管片錯(cuò)臺(tái)

管片錯(cuò)臺(tái)是盾構(gòu)施工中常見(jiàn)的問(wèn)題之一。產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)的原因有如下：拼裝作業(yè)不規(guī)范；注漿控制不當(dāng)；盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾偏過(guò)大等。通過(guò)加強(qiáng)控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，規(guī)范拼裝作業(yè)使管片錯(cuò)臺(tái)得到了明顯改善。

4.3管片漏水

產(chǎn)生管片漏水原因：管片自身質(zhì)量缺陷；管片防水粘貼不規(guī)范；壁后注漿不飽滿；管片選型不當(dāng)?shù)?。通過(guò)加強(qiáng)管片進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，規(guī)范防水粘貼作業(yè)，嚴(yán)格要求壁后注漿量等措施防止管片漏水發(fā)生。

5　結(jié)語(yǔ)

盡管盾構(gòu)隧道在施工過(guò)程中不可避免遇到諸多難題，實(shí)踐證明只要科學(xué)合理地運(yùn)用盾構(gòu)法，很多問(wèn)題都將迎刃而解。通過(guò)人～長(zhǎng)區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越河流的工程實(shí)踐得出如下結(jié)論：

（1）盾構(gòu)穿越河流時(shí)，設(shè)定合力土壓力、同步注漿壓力，填充足量漿液，確保防水質(zhì)量，可以有效控制河床沉降。

（2）盾構(gòu)施工時(shí)，根據(jù)地層的變化，合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，加強(qiáng)測(cè)量工作使盾構(gòu)軸線偏差控制在允許范圍內(nèi)。

（3）高質(zhì)量拼裝管片，使管片中心、盾尾中心一致，及時(shí)添加盾尾油脂，能夠有效的防止盾尾漏砂、漏水現(xiàn)象。

［1］張澤中.盾構(gòu)施工管片錯(cuò)臺(tái)的成因分析以及防止措施［J］.深圳土木與建筑，2007（1）

［2］沈永東.臨江過(guò)江隧洞盾構(gòu)掘進(jìn)的問(wèn)題與對(duì)策［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，1998（3）

［3］杜志田，李 穎盾構(gòu)法施工在天津地鐵中的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006（6）

Construction Technology of Shield Tunnel Crossing Rivers

WANG Chen-li
（No. 5 Corporation of CR11BG Tianjin 300450 China）

With the development of shield construction technology in subway construction in our country， it is applied in all types of complicated stratum. This paper， taking as an example the section of People's Hospital-Changhong Park from Subway Line 6 of Tianjin Subway， introduces the construction technology of shield tunnel crossing rivers， analyzes the difficult part during the construction work， and provides relevant solutions. Hopefully it can do some help to the constructions alike in the future.

subway shield crossing rivers technology

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-1816（2016）03-0027-04

2016-06-18

王晨麗，女，工程師，研究方向土木工程。