秦 榛

(合肥市軌道交通建設工程質量安全監(jiān)督站，安徽 合肥 230000)

0 引言

隨著城市地鐵的建設，盾構法發(fā)揮了越來越重要的作用。合肥地區(qū)盾構多個地段下穿雨水箱涵，也曾發(fā)生過地面沉降報警的事故。合肥地區(qū)有著對于幾乎對所有土壓平衡盾構機而言都不易掘進的微膨脹黏土。對于合肥地區(qū)黏土層下的渣土改良，可以采用水作為改良劑[1]；盾構法隧道下穿既有結構三維數(shù)值模擬分析，說明通過施工參數(shù)的優(yōu)化可以減小既有結構的沉降[2]。當盾構近距離穿越地下管線、結構基礎、人行通道等時也有可能誘發(fā)結構損害而導致使用性能受到影響[3，4]。下面立足于合肥某標段，對在黏土地層中的掘進控制技術進行了研究，總結下穿既有箱涵的安全控制措施。

1 工程概況

玉蘭大道站—金桂路站區(qū)間，采用盾構法施工，區(qū)間線路出金桂路站沿習友路西北方向敷設，最后相繼以R=1 000 m，R=400 m平面曲線進入玉蘭大道。隧道通過地層主要為⑥2硬塑狀黏土(微膨脹土)，屬Ⅴ級圍巖。

區(qū)間多處下穿及側穿雨水箱涵，箱涵走向與線路左線接近80°斜交，與線路右線近10°斜交，箱涵截面尺寸3 m×2 m，原箱涵頂板，底板為350 mm鋼筋混凝土結構，側墻為620 mm磚墻結構。左線隧道距離箱涵凈距2.22 m，右線隧道距離箱涵凈距2.4 m。

2 工程重難點

1)原箱涵頂板，側墻磚墻結構，結構脆弱，且原箱涵結構資料缺失。

2)穿越地段斷面為全微膨脹黏土，渣土改良不易，扭矩波動大，增加地層擾動。

3)曲線下穿難度大。下穿既有站段在緩和曲線上，曲線半徑為400 m，隧道開挖面為失圓，參數(shù)不易控制。

3 下穿雨水箱涵的掘進控制技術

3.1 穿越前準備工作

結合工程特點，本項目盾構機選用較大開口率復合式盾構，采用土壓平衡模式進行掘進。

3.1.1全斷面黏土掘進技術研究

合肥地區(qū)全斷面黏土改良是合肥地區(qū)土壓盾構掘進的難點。

通過查閱資料和向有經驗的人請教和自我實踐，主要是提高刀盤轉速，通過泡沫系統(tǒng)向刀盤面板添加泡沫和通過膨潤土系統(tǒng)向土倉加水。

刀盤轉速從一般的1.1 r/min，提高到1.3 r/m～1.4 r/m，水是多多益善，只要皮帶不打滑。

3.1.2掘進沉降規(guī)律研究

根據(jù)設計要求普通段累計沉降量控制在30 mm，下穿段控制在15 mm。

通過對掘進沉降的研究發(fā)現(xiàn)沉降變化趨勢是隨著盾構機的穿越和時間的推移沉降逐漸增大的。我們初略的把沉降分為三個階段，刀盤到達前、盾尾剛脫出、管片基本成型后沉降量?？梢钥闯鲆话闱闆r下，如圖1所示，刀盤到達前沉降量約占總沉降量30%，盾尾剛脫出后一段時間內沉降量約占總沉降量30%，管片基本成型后沉降量約占總沉降量40%。其中刀盤到達前沉降量可以通過增加土倉壓力進行控制，如圖2所示，但是在黏土地層中過大的土倉壓力往往意味著過高的扭矩，較低的掘進速度。在沉降允許的范圍內，應該選擇降低的土壓。并且對于刀盤到達前沉降量，后面的沉降量更容易控制，占比也更高。

針對此沉降規(guī)律在以后掘進段采取以下措施：

1)將土壓力適當提高。2)嚴格控制同步注漿方量。3)重視和加強二次注漿，至少每5環(huán)注一次。

3.1.3雨水箱涵前期調查與檢測

1)雨水箱涵內部管網(wǎng)視頻檢測。

通過與產權單位聯(lián)系，獲得了管網(wǎng)視頻檢測資料，習友路下雨水箱涵未發(fā)現(xiàn)任何明顯缺陷。

2)地質雷達檢測。

為了更好的掌握本區(qū)間的地質情況與雨水箱涵是否發(fā)生了滲漏水對周圍地質造成了侵蝕，我司對隧道沿線進行了地質雷達檢測。檢測段內共發(fā)現(xiàn)10處缺陷異常，檢測缺陷主要為不密實，未發(fā)現(xiàn)明顯的空洞異常。

3)針對性掘進措施。

從檢測結果與成果可以看出區(qū)間地質缺陷主要為地基下方土體不密實，無不良地質現(xiàn)象，未發(fā)生雨水箱涵侵蝕土體現(xiàn)象。在掘進過程中選擇合理的盾構機掘進參數(shù)，加強地表觀測，建立沉降監(jiān)測系統(tǒng)，并加強掘進過程中的地面巡視及監(jiān)測，即使盾構機通過以后，也應進行監(jiān)測直至監(jiān)測數(shù)據(jù)收斂穩(wěn)定。

3.2 模擬段掘進

為了使盾構安全、順利，雨水箱涵在穿越前70 m～40 m 范圍內采用可靠的技術參數(shù)進行模擬段掘進，在下穿前后30 m作為控制段進行掘進。

主要確定原則是“快速平穩(wěn)通過，控制同步注漿量，及時二次注漿”。對于各項掘進參數(shù)的控制，控制其平穩(wěn)比控制數(shù)值大小更加重要。初步擬定的掘進參數(shù)見表1。

表1 初步擬定的掘進參數(shù)

在模擬段的掘進過程中發(fā)現(xiàn)，土倉壓力控制在0.8 bar～0.9 bar在模擬段掘進中略顯不足，此時的刀盤到達前的沉降控制較大，符合前面的沉降規(guī)律總結。綜合各方因素決定提高土倉壓力。確定新的掘進參數(shù)見表2。

表2 新的掘進參數(shù)

3.3 控制段掘進控制

1)為確保盾構穿越既有站施工的順利進行，成立了應急指揮小組，24 h現(xiàn)場值班，小組成員為參與方案論證的盾構專家及參建單位的領導。

2)為保證在整個穿越期間機械設備正常運轉，項目部成立施工設備保障小組，以應對施工過程中可能出現(xiàn)的各種設備故障。

3)施工前選擇具有施工經驗盾構操作手及管片拼裝手，并對其進行詳細的方案交底，現(xiàn)場對盾尾間隙每環(huán)進行測量。做好管片選型，保證管片拼裝質量，防止管片拼裝出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象。

4)嚴格控制掘進參數(shù)，注意觀察渣土性態(tài)和螺旋機出水量，使得如果發(fā)生箱涵滲水現(xiàn)象能及時制止。

4 結論與討論

1)在黏土地層中渣土改良主要通過刀盤加水與提高刀盤轉速，使得黏土能被刀盤切碎并與水充分混合，從而不會形成大塊黏土導致出土困難。

2)地面沉降是個長期的過程，在初略的把沉降分為三個階段下，刀盤到達前沉降量約占總沉降量30%，盾尾剛脫出后一段時間內沉降量約占總沉降量30%，管片基本成型后沉降量約占總沉降量40%。適當提高土倉壓力有利于控制刀盤到達前的沉降，但往往會導致掘進速度的下降。嚴格控制注漿量和及時進行二次注漿有利于后續(xù)的沉降控制。

3)在下穿既有箱涵前的準備工作和下穿過程中的控制措施同等重要。應該在下穿既有箱涵前對箱涵結構進行調查，確定是否需要對箱涵結構進行加固，或者對地層進行加固。并初步擬定施工方案，掘進參數(shù)。

4)本工程只是對在合肥地區(qū)黏土地層中下穿既有箱涵控制措施進行了總結，黏土地層本身比較穩(wěn)定，在其他地層情況下盾構下穿既有箱涵規(guī)律仍待總結。