田兆平

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 211899）

0 引言

近年來，在公路、軌道交通、供水供氣及市政綜合管廊等建設(shè)中，大直徑盾構(gòu)隧道以其施工快、對周圍環(huán)境影響小、經(jīng)濟效益高等特點而被廣泛應(yīng)用。然而因其斷面大、多在水下施工、穿越地層復(fù)雜等特點，面臨刀盤磨損、盾尾漏漿、地表冒漿、大壩涌水、房屋開裂等諸多風(fēng)險。南京長江隧道穿越粉細(xì)砂、礫砂、圓礫石、強風(fēng)化泥巖等復(fù)雜地層；蘇通GIL綜合管廊隧道施工時地層中水壓力最大達(dá)0.8 MPa，隧道底部水土壓力最大達(dá)0.95 MPa；杭州市望江路隧道遭遇沼氣和拋石地層；武漢8號線隧道穿越上軟下硬地層，易導(dǎo)致盾構(gòu)機刀盤刀具過大磨損、盾尾管片過大上浮、開挖面失穩(wěn)等施工風(fēng)險。為了解決上述問題，周魯[1]依托濟南黃河隧道工程，對隧道埋深和管片接縫防水設(shè)計進(jìn)行了探討。孟德鑫等[2]對比了深圳地鐵11號線2個區(qū)間盾構(gòu)隧道（直徑7 m）在礫質(zhì)黏性土和全風(fēng)化花崗石地層中的施工參數(shù)。陳相宇等[3]以長沙市南湖路湘江隧道工程為例，分析了大直徑盾構(gòu)隧道斜穿湘江西岸堤壩時的施工風(fēng)險。王新等[4]通過工程實例統(tǒng)計分析，并結(jié)合實踐經(jīng)驗，對大直徑盾構(gòu)隧道上浮影響因素和控制措施進(jìn)行了研究。王發(fā)民[5]通過有限差分模擬分析了不同泥漿支護(hù)力下開挖面的穩(wěn)定性。盡管國內(nèi)外對大直徑盾構(gòu)隧道施工技術(shù)問題進(jìn)行了一系列研究，但是針對粉土或粉質(zhì)黏土地層大直徑盾構(gòu)隧道穿越堤壩過程中具體施工參數(shù)調(diào)整方法和特殊風(fēng)險的處理措施，并未給出具體解答。

本文依托濟南黃河隧道（直徑15.2 m）工程實例，將對大直徑泥水平衡盾構(gòu)隧道下穿黃河堤壩過程中，堤壩沉降數(shù)據(jù)規(guī)律及同步注漿、開挖面水土壓力、掘進(jìn)速度等參數(shù)設(shè)置與調(diào)整進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對堤壩沉降給出具體控制措施。

1 工程概況

濟南黃河隧道位于濟南城市中部，南接中心城區(qū)主干道濟濼路，距建邦黃河大橋和濟南黃河大橋的水平距離分別約6.5 km，5.1 km。隧道采用城市道路與軌道交通M2線同管共建方案，為超大斷面盾構(gòu)法隧道[6]。西線隧道總長約2.514 km，東線隧道總長約2.519 km，見圖1。

圖1 隧道規(guī)劃路線圖

隧道覆土厚度11.2 m～42.3 m。隧道承受的最大水壓約0.65 MPa。南岸大堤為臨黃堤的右岸大堤，堤頂高程37.43 m，臨背邊坡皆為1：3，堤頂寬12 m，堤防淤背加固區(qū)通常寬100 m，背河護(hù)堤地寬10 m。隧道主要位于⑥粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土、⑧粉質(zhì)黏土、⑨粉質(zhì)黏土層，與北河側(cè)堤腳豎向凈距為30 m，與臨河側(cè)堤腳約33.5 m，堤頂處埋深約41.5 m，線間距為36.3 m，見圖2。

圖2 黃河南岸堤壩現(xiàn)場照片

盾構(gòu)隧道管片為單層裝配式襯砌，強度C60，抗?jié)B等級P12，管片外徑15.2 m，管片厚度650 mm，環(huán)寬2 m，錯縫拼裝。每環(huán)管片螺栓環(huán)向28根、縱向30根，總計58根/環(huán)，管片螺栓型號M36×750 mm，見圖3。

圖3 管片拼裝示意圖

2 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析

圖4給出了大直徑泥水盾構(gòu)并行下穿黃河南岸大堤的堤頂?shù)乇沓两当O(jiān)測布點圖。

圖4 堤頂?shù)乇沓两当O(jiān)測點布置示意圖（m）

圖5和圖6分別給出了堤頂?shù)乇砝塾嫵两捣植记€和時程曲線。從圖中可以看出，2020年8月25日東線盾構(gòu)機刀盤到達(dá)堤腳，2020年9月10日東線盾尾脫離堤腳，2020年11月30日西線盾構(gòu)機刀盤到達(dá)堤腳，2020年12月16日西線盾尾脫離堤腳。東西線盾構(gòu)分別掘進(jìn)引起的地表最大累計沉降位置并未出現(xiàn)在盾構(gòu)隧道軸線上方的堤壩頂面的地表處，而是有所偏移，偏移量約為0.2隧道外徑。東西線盾構(gòu)隧道并行下穿導(dǎo)致黃河堤壩地表最大累計沉降量出現(xiàn)在東西線隧道的中間位置，約為16 mm。東線盾構(gòu)機尾部脫離堤腳后15 d左右堤壩頂面地表沉降趨于穩(wěn)定。

圖5 堤頂?shù)乇砝塾嫵两底兓€

圖6 堤頂?shù)乇砝塾嫵两当O(jiān)測點時程曲線

3 堤壩變形控制措施

1）盾構(gòu)機下穿前在泥漿管上加裝2個電動閥門，以防止泥漿管爆管。

2）加強地層沉降監(jiān)測。

3）穩(wěn)定開挖艙泥水壓力，防止開挖面切口水土壓力波動，導(dǎo)致水土流失。

4）根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，及時調(diào)整進(jìn)、出泥漿的流量，使進(jìn)出泥量保持平衡。

5）下穿前注漿量控制在盾尾間隙的180%～200%，注漿壓力約＞開挖面計算壓力值0.5 bar，同時利用盾構(gòu)機上同步注漿檢測系統(tǒng)，對同步注漿壓力值與注漿量進(jìn)行實時調(diào)整。同步注漿漿液配比為水泥∶粉煤灰∶膨潤土∶砂∶外加劑∶水=200∶200∶80∶1 250∶5.3∶470，初凝時間6 h。

6）泥漿比重控制在1.20 g/cm3～1.25 g/cm3，粘度控制在22 s～24 s，提高泥水的測試頻率，實時調(diào)整泥水參數(shù)[7]。

7）掘進(jìn)速度控制在2.0 cm/min～3.0 cm/min，勻、快速通過[7]。

8）下穿前調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，下穿過程中盡量避免糾偏。

9）管片拼裝時，分區(qū)伸縮千斤頂，避免盾構(gòu)機后退，引起開挖面卸荷。

10）為了防止盾尾漏漿導(dǎo)致地面沉降，施工時確保手涂油脂能充分、均勻地填涂到盾尾刷的鋼絲中，涂抹完成后應(yīng)及時進(jìn)行負(fù)環(huán)拼裝。此外，應(yīng)根據(jù)推進(jìn)速度，定時、定位、定量壓注盾尾密封油脂，并實時觀察各油脂腔內(nèi)壓力變化情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時處置。

11）當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超預(yù)報警值時，及時進(jìn)行地面跟蹤注漿和二次注漿，注漿全過程應(yīng)及時觀測堤壩頂面地表抬升量，不斷調(diào)整注漿參數(shù)。

4 結(jié)論與建議

本文依托濟南黃河隧道工程，針對高水壓粉土、粉砂層中，上覆土厚度約為3倍隧道外徑情況下，大直徑泥水平衡盾構(gòu)并行下穿黃河堤壩時地表沉降分布特征與變化規(guī)律，及施工變形關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析，初步得出如下結(jié)論。

1）東西線隧道分別下穿導(dǎo)致堤壩頂面地表沉降的最大值偏離隧道中心軸線約0.2倍的隧道外徑；同時雙線隧道疊加下穿后，堤壩頂面地表累計沉降的最大值將出現(xiàn)在2條隧道中間位置；單一隧道下穿堤壩引起的堤壩頂面沉降將在盾尾脫離堤腳后15 d趨于穩(wěn)定。

2）盾構(gòu)下穿過程中應(yīng)減少姿態(tài)糾偏，穩(wěn)定開挖面水土壓力，平衡進(jìn)出泥量，均勻快速通過。

3）為了防止盾尾漏漿導(dǎo)致地面沉降，施工時確保手涂油脂能充分、均勻地填涂到盾尾刷的鋼絲中，涂抹完成后應(yīng)及時進(jìn)行負(fù)環(huán)拼裝。應(yīng)根據(jù)推進(jìn)速度定時、定位、定量壓注盾尾密封油脂，并實時觀察各油脂腔內(nèi)壓力變化情況。

4）地面跟蹤注漿和二次注漿時應(yīng)根據(jù)堤壩頂面地表抬升量，不斷調(diào)整注漿參數(shù)。