張岸韜（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司， 廣東 廣州 510010）

1 工程簡況

盾構(gòu)穿越河道既是技術(shù)難題，也是安全風(fēng)險管控難點(diǎn)。它每每能在隧道施工中見到，似乎司空見慣，但其蘊(yùn)含著盾構(gòu)施工的一重大施工技術(shù)—盾構(gòu)穿越河道施工技術(shù)。除了需要精心組織，周密部署之外，還需要它來指導(dǎo)大家安全、順利地完成左、右線盾構(gòu)穿越東平河道施工。

佛山地鐵 2 號線某區(qū)間隧道工程，位于佛山市禪城區(qū)，線路呈西向東走向，在季華大橋北側(cè)需穿越一條 200 m寬的東平河道，拱頂覆土 15 m～23 m，水深 0 m～7.3 m。隧道采用盾構(gòu)法施工，直徑 6 m，長度為 2 219.883 m。

據(jù)地勘資料顯示，工程穿越東平河水道期間地質(zhì)分別為 ①2雜填土、②1A淤泥、②1B淤泥質(zhì)土、②4-2可塑狀黏性土、③1粉細(xì)砂、③2中粗砂、④N-2可塑狀黏性土、⑤N-2硬塑狀黏性土、⑥ 全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、⑦1強(qiáng)風(fēng)化泥巖、⑦2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、⑧1中風(fēng)化泥巖、⑧2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

2 重難點(diǎn)、安全風(fēng)險點(diǎn)分析

工程的重難點(diǎn)、安全風(fēng)險點(diǎn)分析是安全、順利實(shí)施工程的前提條件，是管理者控制好工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)。經(jīng)過認(rèn)真梳理，主要?dú)w納為以下重難點(diǎn)、安全風(fēng)險點(diǎn)：（1）本隧道采用中交天河的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)穿越的東平河道較寬，約 200 m 左右；（2）穿越河段地質(zhì)復(fù)雜，主要由透水性較強(qiáng)的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、中粗砂層組成，局部存在突起的全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖等地層；（3）盾構(gòu)穿越的東平河道時，水壓比較大；（4）隧道與季華大橋基本平行通過，距離較近，約9.5 m 左右；（5）盾構(gòu)穿越河流，易產(chǎn)生冒頂危險；（6）盾構(gòu)穿越河流，易發(fā)生涌水、涌砂及盾尾漏漿危險；（7）盾構(gòu)采用土壓平衡模式穿越河流，洞身存在較多的全風(fēng)化泥巖、可塑性黏性土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖等，在該模式下，刀盤易結(jié)泥餅。

3 盾構(gòu)機(jī)主要性能

3.1 刀盤結(jié)構(gòu)

為了滿足刀盤在復(fù)雜地層施工情況，保證刀盤有足夠的剛度、強(qiáng)度。刀盤材質(zhì)選用 Q345B 鋼板，采用輻條面板式，支承方式為中間支撐結(jié)構(gòu)，這樣刀盤受力更為均勻，它不易發(fā)生變形、裂紋、斷裂等。工程采用的盾構(gòu)刀盤開挖直徑 6 290 mm，刀盤重量 60 t。

3.2 刀盤配置

盾構(gòu)機(jī)在穿越東平水道前，先后實(shí)施了 1 次帶壓開艙查刀、換刀，1 次常壓開艙查刀、換刀，更換后的刀具配置情況如（表 1）所示。結(jié)合盾構(gòu)穿越的地質(zhì)及盾構(gòu)開艙查刀、換刀情況確定，刀具配置是合理的。

表 1 刀具配置情況

3.3 刀盤開口

本盾構(gòu)機(jī)的刀盤開口率為 35%，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的掘進(jìn)效率，同時可防止產(chǎn)生泥餅，適合在黏土、砂土、卵石地層等的掘進(jìn)；同時又可以更換為全滾刀刀盤，保證在硬巖地層掘進(jìn)。

3.4 刀盤驅(qū)動方式及支撐型式

刀盤采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，由 10 個液壓驅(qū)動馬達(dá)控制刀盤。刀盤驅(qū)動功率 900 kW，額定扭矩為 5 631 kN·m，脫困扭矩為 7 320 kN·m。

本盾構(gòu)機(jī)的刀盤采用中間支撐結(jié)構(gòu)方式，配置直徑為φ2 900 mm 的主軸承，可合理的布置人艙（安裝于隔板上部）等部件，軸承受力更合理均勻，主軸承及主軸承密封設(shè)計(jì)壽命不小于 10 000 h。

4 盾構(gòu)穿越河道施工技術(shù)

盾構(gòu)穿越東平河道是本工程的一項(xiàng)重大施工技術(shù)難題之一，它包含多處施工的重難點(diǎn)和安全風(fēng)險點(diǎn)。因此，需要認(rèn)真對待，不能馬虎大意。如果操作失誤或控制不當(dāng)，可能會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。為了預(yù)防盾構(gòu)穿越河道期間，發(fā)生一些嚴(yán)重的質(zhì)量和安全問題，經(jīng)過認(rèn)真分析，制定了以下幾方面的控制、管理措施。

4.1 盾構(gòu)姿態(tài)控制

為了保證盾構(gòu)機(jī)在穿越河底段的隧道施工質(zhì)量，使成型隧道結(jié)構(gòu)凈空尺寸滿足建筑限界、使用功能及施工工藝要求。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入東平河道前，預(yù)先調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，以較好的盾構(gòu)姿態(tài)穿越東平河道。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在穿越河底段掘進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，防止姿態(tài)偏差過大，使盾構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)線路上正確的推進(jìn)。由于地層突變等原因，當(dāng)發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)偏差過大時，應(yīng)嚴(yán)格控制各區(qū)千斤頂油缸推力及行程，進(jìn)行合理糾偏，糾偏不應(yīng)過急，做到勤糾，單次糾偏量不應(yīng)過大。當(dāng)在相對穩(wěn)定地層中，因?yàn)榈貙幼枇^小，可能會產(chǎn)生滾動偏差。此時，只需采用刀盤反轉(zhuǎn)的方法糾正偏差即可。除了根據(jù)自動導(dǎo)向系統(tǒng)觀察偏差及趨勢，及時調(diào)整控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向外，還可通過人工測量復(fù)核盾構(gòu)的位置及姿態(tài)，確保盾構(gòu)掘進(jìn)方向正確。

4.2 速度、推力、土壓的控制

為了合理選擇盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道期間的掘進(jìn)速度，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道段的地質(zhì)情況，刀盤的貫入度，刀盤扭矩等綜合因素，還考慮了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時與地表控制的隆陷值、進(jìn)出土量及同步注漿等相協(xié)調(diào)的關(guān)系。選擇控制在 20 mm/min～40 mm/min，效果較好。盾構(gòu)推進(jìn)的阻力主要由盾構(gòu)體與周圍土體的摩擦力、刀盤前端產(chǎn)生的貫入阻力、壓力艙壓力、變向阻力、盾尾管片和盾殼的摩阻力、后配套臺車的牽引阻力等幾部分組成，它們影響著盾構(gòu)掘進(jìn)的推力大小。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道過程中，如果盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力過大，有可能會破壞盾尾管片，影響成形隧道質(zhì)量。不論是什么原因引起的盾構(gòu)千斤頂推力過大，都應(yīng)停止掘進(jìn)，組織相關(guān)專業(yè)人員分析原因，并采取有效措施予以控制。同時，盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道過程中，土艙壓力的控制，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)刀盤前方掘削面的水土壓力和確定，使盾構(gòu)機(jī)始終保持土壓平衡狀態(tài)。

4.3 注漿壓力與注漿量控制

盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中時常伴隨地層的松動、下沉，造成管片錯臺漏水等問題。為了解決這些問題，需要對管片環(huán)進(jìn)行同步注漿。它能有效填充盾尾的間隙，防止地層松弛和地表沉降。同步注漿效果主要由注漿壓力和注漿量控制。整個注漿過程始終要保持注漿管路暢通，注入口處的壓力應(yīng)大于該地層靜止水土壓力和，且小于盾尾密封油脂壓力 0.2 MPa。如果注漿壓力過大，管片背的土層極易擾動，可能發(fā)生河面冒泡現(xiàn)象，造成地層后期沉降較大，且易造成盾尾處漏漿；注漿壓力過小，漿液流速過慢，盾尾的間隙填充不充足，會使地層變形增大。注漿量應(yīng)綜合考慮注漿材料與圍巖的滲透性、超挖、排水固結(jié)等因素，應(yīng)按式 （1） 計(jì)算，同時應(yīng)為建筑間隙的 130%～180%。

Q= V×λ=π（D2－d2）L/4×λ 式（1）

式中：Q 為注漿量 （m3）；V為填充體積 （m3）；λ為填充系數(shù)，可根據(jù)地質(zhì)、施工情況和環(huán)境要求確定；D為盾構(gòu)切削外徑 （m）； d 為管片外徑 （m）；L 為每次充填長度 （m）。

4.4 盾尾密封與管片拼裝質(zhì)量控制

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道前，應(yīng)為盾尾密封進(jìn)行檢查，確保穿越河道期間盾尾密封良好。掘進(jìn)過程中也應(yīng)根據(jù)油脂的損耗量，由司機(jī)定時定量、均勻地注入盾尾油脂。它可起到保護(hù)盾尾鋼絲密封刷和抗?jié)B漏作用。管片拼裝前應(yīng)拼裝管片及防水密封條進(jìn)行驗(yàn)收，清除已拼裝管片環(huán)面和盾尾內(nèi)的雜物。在管片拼裝過程中，根據(jù)管片拼裝順序，逐次收回油缸，拼裝管片，拼裝過程中防止盾構(gòu)后退。每塊管片應(yīng)控制環(huán)面平整度、錯臺、接縫寬度，最后插入封頂K塊。管片拼裝質(zhì)量控制對確保隧道斷面，防止管片破損，提高管片止水效果及減少地層沉降等方面，極其重要。因此，在管片拼裝時，要注意管片拼裝的形狀。管片脫出盾尾時，由于注漿壓力易發(fā)生變形。管片拼裝質(zhì)量還應(yīng)符合管片拼裝精度要求。

表 2 管片拼裝精度要求

4.5 二次注漿管理

二次注漿是對同步注漿的補(bǔ)充注漿。二次注漿即是為了填補(bǔ)同步注漿未填充部分，也是為了補(bǔ)充同步注漿體積減少部分，還是為了改善因盾構(gòu)推力導(dǎo)致的，管片、注漿材料、圍巖之間產(chǎn)生的剝離狀態(tài)進(jìn)行的填充，提高止水效果。因工程穿河段地層中存在淤泥、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、中粗砂地質(zhì)，它們的滲透系數(shù)都較大，同步注漿漿液極易流失，且同步注漿凝固時體積收縮，控制地層松弛和地表沉降效果不理想。因此，我們應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿。二次注漿采用雙液漿（水泥漿、水玻璃配比為 6∶1），每推進(jìn)3～5 環(huán)進(jìn)行一環(huán)環(huán)箍注漿，注漿壓力大于水土壓力和，為0.35 MPa。

4.6 監(jiān)測管理

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越東平河道前，按照監(jiān)測方案及相關(guān)管理辦法的要求，對沿線內(nèi)的重要建構(gòu)筑物進(jìn)行了調(diào)查，委托了具有鑒定資質(zhì)的第三方單位對季華大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)物鑒定。同時對河堤、橋墩等監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行了初始值采取。盾構(gòu)機(jī)穿越河道期間還定期進(jìn)行了監(jiān)測及沿隧道巡視檢查，如發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警、巡視發(fā)現(xiàn)河面冒泡等異常情況，應(yīng)及時進(jìn)行反饋、匯報，并采取有效措施予以控制，減少經(jīng)濟(jì)損失及社會影響。