林 晨

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200002)

泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)階段建立泥水平衡是施工的一大難點(diǎn)，而在始發(fā)階段穿越建構(gòu)筑物更是難上加難，一旦泥水平衡壓力不能正常建立，那么后果將不堪設(shè)想。

本文通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)穿越建構(gòu)筑物的工況進(jìn)行模擬，簡(jiǎn)析盾構(gòu)泥水壓力設(shè)定及方法，進(jìn)行建構(gòu)筑物變形分析，淺談大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)始發(fā)穿越建構(gòu)筑物的變形控制方法。

1 概述

1.1 項(xiàng)目概況

上海市江浦路越江隧道新建工程襯砌為單層預(yù)制鋼筋混凝土管片(強(qiáng)度C50)，外徑φ11 360 mm，內(nèi)徑φ10 400 mm，管片厚度480 mm，環(huán)寬1 500 mm，襯砌環(huán)設(shè)計(jì)為直線環(huán)、左契、右契三種形式。隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，其中，“口”字件、車道板、防撞墻為預(yù)制結(jié)構(gòu)，牛腿、壓重混凝土為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)(見圖1)。

盾構(gòu)隧道分東、西兩線，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均從浦東工作井始發(fā)，在浦西工作井接收。其中東線盾構(gòu)始發(fā)即下穿江浦路隧道浦東風(fēng)道，側(cè)穿浦東上港二區(qū)4萬t散糧筒倉。

1.2 地質(zhì)情況

沿線場(chǎng)區(qū)地貌單一，屬長(zhǎng)江三角洲下游濱海平原地貌類型。沿線陸域地勢(shì)較平緩，地面標(biāo)高一般在3.0 m～4.5 m之間。擬建隧址處于黃浦江下，江寬500 m，河道微彎，水下地形較復(fù)雜，基本呈對(duì)稱“U”型，主槽略偏向浦東側(cè)。擬建隧道沿線黃浦江江底標(biāo)高在-11.0 m～-2.0 m。

1.3 建構(gòu)筑物變形控制的必要性

在盾構(gòu)機(jī)穿越建構(gòu)筑物過程中，對(duì)建構(gòu)筑物產(chǎn)生一定的影響是不可避免的，輕則沉降裂縫，重則可能引起塌陷、倒塌等事故。

通常盾構(gòu)機(jī)穿越前，會(huì)設(shè)定試驗(yàn)段，通過從試驗(yàn)段獲得的掘進(jìn)參數(shù)、沉降數(shù)值、采取的各項(xiàng)措施為穿越段提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，以便于能夠?qū)⒋┰綄?duì)周邊環(huán)境的影響降到最低。而上海市江浦路越江隧道新建工程盾構(gòu)始發(fā)即穿越，沒有試驗(yàn)段數(shù)據(jù)可以參考，這就對(duì)穿越時(shí)施工參數(shù)的確定造成了很大的困擾，始發(fā)的施工參數(shù)很難確定。

本文闡述了始發(fā)掘進(jìn)時(shí)施工參數(shù)的設(shè)定依據(jù)以及為減小對(duì)建構(gòu)筑物產(chǎn)生影響所采取的各項(xiàng)措施。本文以對(duì)浦東風(fēng)道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響以及所采取的措施為主進(jìn)行闡述。

2 穿越施工情況介紹

1)風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式。

本項(xiàng)目盾構(gòu)隧道與排風(fēng)道平行疊交，風(fēng)道口在工作井-1層，盾構(gòu)隧道在工作井-2層(見圖2)。東線盾構(gòu)一始發(fā)即下穿浦東排風(fēng)道，穿越長(zhǎng)度為100 m(EK420～EK320)。浦東排風(fēng)道采用φ850@600 SMW工法樁圍護(hù)，樁長(zhǎng)23.96 m，內(nèi)插型鋼長(zhǎng)度23.5 m，結(jié)構(gòu)底與東線隧道最小垂直距離為1.986 m。工法樁侵入隧道斷面最長(zhǎng)約為9.1 m，盾構(gòu)推進(jìn)前需進(jìn)行拔除，并進(jìn)行壓密注漿(見圖3)。

風(fēng)道所在地層特征由淺至深分述如下：

①1層人工填土，陸域遍布，土質(zhì)不均、結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度不均，局部較厚，上部以雜填土為主，含碎石、植物根莖、少量垃圾等，下部為素填土；

③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，僅黃浦江西岸附近局部缺失，呈流塑狀，夾薄層粉土，高壓縮性；

③j層灰色黏質(zhì)粉土，為③層中的夾層，飽和，松散～稍密，欠均勻，夾薄層黏性土，局部為砂質(zhì)粉土或砂土；

④層灰色淤泥質(zhì)黏土，遍布，呈流塑狀，高壓縮性；

⑤11層灰色黏土，局部缺失，軟塑，局部為粉質(zhì)黏土，高壓縮性；

⑤12層灰色粉質(zhì)黏土，局部缺失，軟塑，尚均勻，夾薄層粉土，中壓縮性；

⑥層暗綠～草黃色黏土，古河道切割區(qū)缺失，可～硬塑狀，局部呈粉質(zhì)黏土，中壓縮性，強(qiáng)度較高，土性相對(duì)較好。

2)風(fēng)道沉降設(shè)計(jì)允許范圍。

設(shè)計(jì)允許范圍：±10 mm。

3)穿越前的準(zhǔn)備工作。

穿越前的準(zhǔn)備工作主要為始發(fā)前的準(zhǔn)備工作，主要工作包括：盾構(gòu)始發(fā)前的準(zhǔn)備工作(洞口地基加固、盾構(gòu)基座制作安裝、反力架制作、出洞止水裝置安裝、泥水處理系統(tǒng)安裝調(diào)試、盾構(gòu)機(jī)井下安裝調(diào)試、各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試)和盾構(gòu)始發(fā)階段工作(負(fù)環(huán)拼裝、洞門鑿除、盾構(gòu)機(jī)出洞始發(fā)、進(jìn)入初期掘進(jìn)階段)。

另外，在穿越前對(duì)重要建構(gòu)筑物進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

在穿越前我們還進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，考慮了在盾構(gòu)施工時(shí)因土體擠壓或土體流失等因素而造成的建構(gòu)筑物變形及沉降(見圖4，圖5)。

模型顯示，盾構(gòu)隧道施工后，風(fēng)道發(fā)生朝隧道方向的偏轉(zhuǎn)，底板左側(cè)最大為40 mm，右側(cè)為5 mm(見圖6)。

3 穿越階段參數(shù)設(shè)定

盾構(gòu)始發(fā)前應(yīng)確定泥水壓力、泥水比重、泥水黏度、同步注漿質(zhì)量參數(shù)及注入量。

本項(xiàng)目此類設(shè)定如下：

1)盾構(gòu)機(jī)切口泥水壓力設(shè)定見表1。

表1 泥水壓力設(shè)定表

2)掘削量控制。

盾構(gòu)機(jī)前部是旋轉(zhuǎn)切削刀盤。在黏土、淤泥、砂層中掘進(jìn)時(shí)，通過切削刀、刮刀、先行刀等刀具將開挖面上的土體切削下來送入泥水倉，然后與送泥泵送入泥水倉的泥水?dāng)嚢韬笠员戎剌^高的泥水形式通過排泥管路用排泥泵排出。如掘削量過大，土層損失就大，地面沉降也就越大。為確保掘削量的準(zhǔn)確，應(yīng)嚴(yán)格控制好盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸壓力，控制好掘進(jìn)速度，定期對(duì)泥水管路上的流量計(jì)、密度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，并在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中關(guān)注排泥流量和密度的變化，嚴(yán)禁超挖。

本工程中通過對(duì)挖掘土體的體積、排泥總量、送泥總量、土的比重、排泥密度、送泥密度、掘削時(shí)間等參數(shù)確定實(shí)際掘削量。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)掘削量過大時(shí)，應(yīng)立即檢查泥水密度、黏度和切口水壓。此外，也可以利用探查裝置，調(diào)查土體坍塌情況，在查明原因后應(yīng)及時(shí)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，確保開挖面穩(wěn)定。

3)同步注漿配合比及注漿量見表2。

利用盾構(gòu)機(jī)上2×6根外置式同步注漿管，按照表2的配合比進(jìn)行同步注漿，注漿比率達(dá)到140%～180%。

表2 同步注漿設(shè)定表

4)泥水質(zhì)量控制。

密度：在穿越建筑物及管線期間，為了加強(qiáng)對(duì)正面土體的支護(hù)能力，防止地面冒漿，采用重漿推進(jìn)，泥水密度控制在1.25 g/cm3。

黏度：穿越段泥水黏度應(yīng)控制在22 s～25 s。本次穿越建筑物段泥漿黏度控制在25 s。

5)盾尾油脂壓注控制。

本工程中選用的盾構(gòu)機(jī)盾尾設(shè)置了三道鋼絲刷加一道鋼板刷，共3道腔，每道腔中盾尾油脂壓注孔有14個(gè)，共42個(gè)油脂壓注孔，利用3臺(tái)油脂泵壓注。

在盾構(gòu)推進(jìn)中，盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封功能就顯得特別重要。為了能安全并順利地完成隧道的推進(jìn)任務(wù)，過程中必須切實(shí)地做好盾尾油脂的壓注工作，而出洞前新鋼絲刷內(nèi)盾尾油脂的第一次涂抹工作尤為重要，必須嚴(yán)格按要求實(shí)施。

6)盾構(gòu)掘進(jìn)速度也是盾構(gòu)施工參數(shù)的一個(gè)重要方面。本工程所用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)最大掘進(jìn)速度為45 mm/min，但是在穿越建筑物掘進(jìn)的工況條件下，掘進(jìn)速度應(yīng)設(shè)定在不大于20 mm/min，保持勻速推進(jìn)。如推進(jìn)速度過快，則會(huì)引起正面土體擠壓過大。

7)盾構(gòu)施工后風(fēng)道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

根據(jù)有限元及經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定后，我們進(jìn)行了監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，主要針對(duì)風(fēng)道的沉降進(jìn)行驗(yàn)證，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

4 結(jié)語

從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，盾構(gòu)穿越后風(fēng)道的實(shí)際沉降最大值為+7.04 mm，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)(設(shè)計(jì)允許范圍：±10 mm)。

依托上海市江浦路越江隧道新建工程盾構(gòu)穿越風(fēng)道實(shí)例，項(xiàng)目實(shí)施前的驗(yàn)算、實(shí)施過程中的參數(shù)控制以及過程中和施工后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，風(fēng)道結(jié)構(gòu)沉降滿足了設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，類似工程可參照該項(xiàng)目的參數(shù)設(shè)定方法，減小穿越過程中對(duì)周邊環(huán)境造成影響。