孫鳳東

(中鐵三局集團(tuán)天津建設(shè)工程有限公司，天津 300350)

0 引言

天津地鐵5號(hào)線，自天津市北辰區(qū)、河北區(qū)、河?xùn)|區(qū)、河西區(qū)和南開(kāi)區(qū)，至西青區(qū)，全長(zhǎng)35 km。本條線路與6號(hào)線形成閉合圓形，是天津市重要的軌道交通線路之一。本文所述下穿永定新河是本條線路中北辰區(qū)內(nèi)的重要施工控制工程。

1 工程概況

本地鐵線北辰科技園北站—丹河北道站盾構(gòu)區(qū)間為雙線隧道，采用盾構(gòu)法施工，全長(zhǎng)1 737.8 m；區(qū)間左線起訖里程左DK0+840.211～左DK2+576.300，設(shè)有兩處長(zhǎng)鏈分別為0.012 m，1.702 m，區(qū)間右線起訖里程右DK0+840.200～右DK2+576.300，設(shè)有一條長(zhǎng)鏈為1.646。

線路縱斷面上，線路呈“V”字坡。本區(qū)間以2‰的上坡出盾構(gòu)井后，以28‰,10‰,3‰的坡度下坡，再以6.187‰,15‰和2‰的坡度上坡到達(dá)區(qū)間線路終點(diǎn)。

永定新河河寬176.8 m，深2.91 m，河底與隧道結(jié)構(gòu)最小凈距為8.0 m，覆土厚度大于1.0D。區(qū)間在里程DK1+126～DK1+327(第191環(huán)～第325環(huán)，共135環(huán))下穿永定新河，主要穿越地層為⑥4、⑦和⑧1粉質(zhì)粘土，⑧11粘土，局部穿越⑧13粉土，覆土厚度為8.0 m～14.0 m。

DK1+180位置為變坡點(diǎn)，線路坡度由28‰下坡變?yōu)?0‰下坡，由R=5 000 m，2T=90的圓曲線過(guò)渡。

盾構(gòu)機(jī)下穿永定新河剖面圖見(jiàn)圖1。

2 盾構(gòu)下穿永定新河的施工措施

2.1 盾構(gòu)機(jī)穿越河流前準(zhǔn)備工作

1)盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)到永定新河前50環(huán)左右，選取穩(wěn)定性好的區(qū)域，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)、后配套臺(tái)車及整體系統(tǒng)的維護(hù)和檢修，盡量避免在永定新河下出現(xiàn)停機(jī)狀況。

2)在盾構(gòu)作業(yè)面儲(chǔ)備常用應(yīng)急物資，包括海綿條、聚氨酯、棉被、堵漏的快凝水泥，同時(shí)盾尾油脂采取“使用一桶，備用一桶”的措施，以備特殊情況的使用。并對(duì)作業(yè)人員開(kāi)展盾構(gòu)穿越河流的技術(shù)、安全培訓(xùn)。

3)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，確保盾尾間隙均勻，及時(shí)記錄每環(huán)盾尾間隙，出現(xiàn)較大偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，減少管片對(duì)盾尾刷的擠壓。

4)對(duì)堵塞的注漿管進(jìn)行疏通處理，同時(shí)采取洗管措施防止堵管情況發(fā)生，減少盾構(gòu)停機(jī)時(shí)間。

5)對(duì)分別通往開(kāi)挖面、土倉(cāng)、設(shè)定合理的土倉(cāng)從泡沫管進(jìn)行疏通。

6)在右線采用兩臺(tái)電瓶車編組進(jìn)行施工，縮短工序之間停機(jī)時(shí)間，保證盾構(gòu)勻速、穩(wěn)定施工。減少在河流下的掘進(jìn)時(shí)間。

2.2 盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)設(shè)定

1)土倉(cāng)壓力。盾構(gòu)在下穿河流時(shí)土倉(cāng)壓力的控制尤為重要，必須設(shè)定合理，保證不因土倉(cāng)壓力過(guò)大或者過(guò)小而擾動(dòng)河底土體。根據(jù)前一階段的掘進(jìn)參數(shù)及本區(qū)段地質(zhì)情況，土壓設(shè)定為：0.10 MPa～0.16 MPa(并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整)。

2)同步注漿。盾尾注漿有兩大目的：一是填充管片與土體間產(chǎn)生的建筑空隙，控制地層沉降；二是在管片外形成一道防水層，增加防水性能。

盾構(gòu)施工中最大的風(fēng)險(xiǎn)在于河水與盾構(gòu)隧道的貫通，隧道注漿做到填充即可，嚴(yán)防壓力過(guò)大形成劈裂注漿。注漿壓力設(shè)定在0.23 MPa～0.28 MPa(根據(jù)不同地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)節(jié))。注漿量控制在理論值的150%，大概在4.68 m3。

3)盾構(gòu)掘進(jìn)速度。

盾構(gòu)掘進(jìn)速度以保證勻速施工為最佳，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)掘進(jìn)速度基本控制在20 mm/min～50 mm/min。

4)刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)置。

盾構(gòu)機(jī)下穿永定新河時(shí)，應(yīng)采用低扭矩低轉(zhuǎn)速向前推進(jìn)，減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，將周圍土體的隆起和沉降降到最少，施工過(guò)程時(shí)刻監(jiān)控刀盤(pán)扭矩的變化情況，及時(shí)對(duì)扭矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

刀盤(pán)轉(zhuǎn)速在(0.8～1.0)r/min，扭矩小于2 500 kN·m，保證盾構(gòu)機(jī)勻速平穩(wěn)通過(guò)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整，使盾構(gòu)機(jī)能夠順利通過(guò)。

5)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)保持與隧道軸線一致。

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)保持盾構(gòu)掘進(jìn)偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，若出現(xiàn)偏差時(shí)，需嚴(yán)格控制每環(huán)管片的糾偏量，通過(guò)調(diào)節(jié)千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)量，盡量單環(huán)糾偏量不超過(guò)4 mm。

在河底下糾偏坡度控制在±1‰之內(nèi)，一次糾偏量不超過(guò)4 mm。

在河底掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)杜絕打開(kāi)鉸接，防止鉸接漏水。本盾構(gòu)在穿越河流前施工前已提前調(diào)整了姿態(tài)，保證在河底不調(diào)整姿態(tài)或微調(diào)姿態(tài)。

6)盾尾密封是盾構(gòu)掘進(jìn)的重要保障，在本盾構(gòu)穿越河流時(shí)采用三道盾尾密封刷，平均每10環(huán)進(jìn)行一次全面檢查，保證盾尾油脂均勻注入，注脂壓力大于4 bar，每隔4環(huán)采用手動(dòng)模式補(bǔ)注一圈油脂。保證盾尾油脂注入量在50 kg/環(huán)以上。

2.3 盾構(gòu)機(jī)過(guò)后的再補(bǔ)強(qiáng)措施

1)二次注漿。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，隨著同步注漿的脫水和凝固，體積會(huì)收縮，造成襯砌和土層的分離，為了充實(shí)背襯，并提高止水能力，盾構(gòu)機(jī)在下穿永定新河時(shí)，每7環(huán)后進(jìn)行二次注漿，主要進(jìn)行補(bǔ)注水玻璃+水泥砂漿的雙液漿。

2)管片三次復(fù)緊。隨著盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，會(huì)對(duì)已緊固的管片進(jìn)行擾動(dòng)，造成螺栓的松動(dòng)，為防止因管片的松動(dòng)變形引起地層的過(guò)度擾動(dòng)，需要對(duì)管片進(jìn)行三次緊固。即為拼裝管片時(shí)一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至每環(huán)管片拼裝前，對(duì)相鄰已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進(jìn)行全面檢查并復(fù)緊。

3 質(zhì)量保證措施

1)盾構(gòu)掘進(jìn)速度，應(yīng)與控制的地表沉降值、螺旋輸送機(jī)出土量、正面土壓力調(diào)整值及壁后注漿等相協(xié)調(diào)。

2)根據(jù)地質(zhì)、線路平面、高程、坡度等條件，盾構(gòu)掘進(jìn)中應(yīng)嚴(yán)格控制隧道軸線的平面位置和高程，其允許偏差均不得大于±50 mm，正確控制千斤頂?shù)纳炜s個(gè)數(shù)和油壓。如盾構(gòu)停息時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，必須保證盾構(gòu)正面土體的壓力，并要防止千斤頂?shù)暮罂s。

3)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中要及時(shí)壓注盾尾油脂，保證盾構(gòu)尾部不發(fā)生漏漿。

4)當(dāng)盾構(gòu)前方發(fā)生坍塌或遇障礙物時(shí)，應(yīng)停止掘進(jìn)，分析原因并采取措施。

5)施工后的地表變形量：控制在+10 mm～-30 mm范圍內(nèi)。

6)掘進(jìn)中要認(rèn)真填寫(xiě)施工記錄。記錄表要求準(zhǔn)確、完整、清晰。

7)要嚴(yán)格控制每組推進(jìn)油缸的行程，保證每組推進(jìn)油缸的行程差小于20 mm。

8)盾構(gòu)操作手和管片拼裝手在進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)以隧道的整體線形為前提，嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)，糾偏時(shí)需滿足后續(xù)施工的限值。

9)封頂塊安裝前，對(duì)止水條進(jìn)行潤(rùn)滑處理，安裝時(shí)先徑向插入80 cm，調(diào)整位置后利用推進(jìn)油缸與管片安裝機(jī)配合縱向頂推到位。

10)管片安裝到位后，及時(shí)伸出相應(yīng)位置的所有推進(jìn)油缸頂緊管片，其頂推力大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開(kāi)管片安裝機(jī)。

堅(jiān)持前一階段對(duì)管片拼裝的記錄，包括盾尾間隙及管片錯(cuò)臺(tái)。同時(shí)加強(qiáng)管片拼裝時(shí)的質(zhì)量控制，減少管片的破損。

4 應(yīng)急措施

4.1 螺旋機(jī)噴涌主要處理方法

在掘進(jìn)過(guò)程中，如果土壓控制不當(dāng)，對(duì)土體擾動(dòng)過(guò)大，會(huì)造成河底隆起或沉降，從而形成水流通道。砂層在水作用下形成流體狀進(jìn)入土倉(cāng)，隨著倉(cāng)內(nèi)壓力的增大，形成噴涌現(xiàn)象。

盾構(gòu)機(jī)穿越河道時(shí)應(yīng)采取的措施：1)設(shè)定合理的土倉(cāng)壓力，盡量減少對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)；2)降低渣土中水的比例，嚴(yán)格控制渣土改良效果；3)同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，保證盾構(gòu)平穩(wěn)、快速地通過(guò)。

發(fā)生噴涌處置措施：1)立即關(guān)閉螺旋輸送機(jī)閥門(mén)；2)向土體中加入足量的膨潤(rùn)土泥漿、高分子聚合物等改善渣土的和易性；以控制土倉(cāng)內(nèi)的土壓和抑制噴涌；3)向土倉(cāng)中加入泡沫進(jìn)行碴土改良。

4.2 盾尾密封處出現(xiàn)漏水、漏砂現(xiàn)象

由于管片拼裝時(shí)不居中，同步注漿壓力過(guò)大或盾尾密封油脂注入量不足時(shí)，會(huì)造成盾尾密封處的漏漿、漏砂現(xiàn)象。

若盾尾出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采取以下措施：1)減少或停止同步注漿，降低盾尾外部壓力，同時(shí)使用棉被或者其他填充物，堵住漏水位置，減小水勢(shì)；2)加大盾尾油脂的注入量和壓力，及時(shí)在滲漏位置加注優(yōu)質(zhì)油脂；3)在緩解了漏漿、漏水狀態(tài)后，試行推進(jìn)，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)和管片姿態(tài)，減少滲漏處的盾尾間隙，并對(duì)同步注漿量和盾尾油脂填充量進(jìn)行嚴(yán)格控制；4)仔細(xì)分析漿液的配合比，可通過(guò)增加水泥用量，縮短漿液的凝固時(shí)間，盡早降低盾尾處的漿液壓力；5)儲(chǔ)備一環(huán)外粘海綿條的應(yīng)急環(huán)，當(dāng)出現(xiàn)漏水嚴(yán)重情況時(shí)，使用外貼海綿條進(jìn)行堵漏。

4.3 盾構(gòu)鉸接處出現(xiàn)漏水、漏砂

盾構(gòu)穿越河流時(shí)，如盾構(gòu)姿態(tài)控制不當(dāng)，盾構(gòu)機(jī)易出現(xiàn)蛇形擺動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致鉸接油缸和推進(jìn)油缸的行程差過(guò)大，盾構(gòu)鉸接處出現(xiàn)漏水、漏砂現(xiàn)象。

此時(shí)采取以下措施：1)先縮小各油缸行程差，改善鉸接狀態(tài)，繼續(xù)推進(jìn)直到流砂減少或停止為止；2)如果流砂不止且有增大趨勢(shì)，打開(kāi)鉸接處緊急密封氣囊。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以天津地鐵5號(hào)線為背景，對(duì)盾構(gòu)機(jī)下穿永定新河相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)、技術(shù)控制要點(diǎn)及重要的安全質(zhì)量保障措施進(jìn)行了說(shuō)明，為盾構(gòu)機(jī)施工，尤其是盾構(gòu)下穿河流施工提供了借鑒。