摘? 要：徐州市城市軌道交通2號(hào)線一期工程物資市場(chǎng)站～彭城廣場(chǎng)站區(qū)間盾構(gòu)下穿故黃河，隧道頂部地層為粉砂、粉土液化地層，地層中等透水，液化等級(jí)中等。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在穿越粉砂、粉土液化地層時(shí)容易產(chǎn)生過(guò)大的地面沉降，引發(fā)河底擊穿、螺旋噴涌、盾尾刷擊穿、河堤垮塌等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還會(huì)造成管片錯(cuò)臺(tái)、滲漏水、甚至破損。為了確保盾構(gòu)安全下穿故黃河，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)、盾構(gòu)機(jī)選型、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化等技術(shù)措施，順利完成本區(qū)間的盾構(gòu)施工任務(wù)并取得了良好的效果，以期對(duì)類似工程的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道;過(guò)河;雙螺旋;沉降;液化層

中圖分類號(hào)：U455? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）01-0000-00

徐州市城市軌道交通2號(hào)線一期工程物資市場(chǎng)站～彭城廣場(chǎng)站區(qū)間盾構(gòu)下穿故黃河，隧道頂部地層為粉砂、粉土液化地層，地層中等透水，液化等級(jí)中等。河底隧道以上地缺少隔水層，江水與地下水直接連通，同時(shí)由于受盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)，砂質(zhì)粉土易發(fā)生液化現(xiàn)象，導(dǎo)致地層自穩(wěn)性變差，致使開挖倉(cāng)內(nèi)壓力波動(dòng)不易控制，導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)坍塌，進(jìn)而引起地表沉降[1]，此外，還導(dǎo)致河底擊穿、螺旋噴涌、盾尾密封失效、河堤護(hù)坡坍塌等風(fēng)險(xiǎn)，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何控制盾構(gòu)安全過(guò)河，確保周邊環(huán)境安全是本工程施工的重點(diǎn)，通過(guò)盾構(gòu)機(jī)合理選型、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化、監(jiān)控測(cè)量、螺旋噴涌防噴涌、渣土改良等技術(shù)措施，使盾構(gòu)安全快速的完成了下穿故黃河段施工。

1 工程概況

徐州地鐵2號(hào)線1期工程04標(biāo)段物～彭區(qū)間采用1臺(tái)雙螺旋土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。區(qū)間隧道在右線80～148環(huán)、左線80～149環(huán)下穿故黃河河道。故黃河水深3.135m，下穿隧道長(zhǎng)81.65m，區(qū)間隧道距離河道底豎向距離最小13.746m，河堤與河面存在一個(gè)2.5m的落差，如圖1-圖4。

1.1工程地質(zhì)

下穿故黃河段區(qū)間隧道從上到下主要土層為①1層雜填土、②5-1層粉土、②5-2層粉土、②5-3層粉土。隧道頂部距離上部可液化②5-2黏質(zhì)粉土1.1m。

1.2水文地質(zhì)

地表水：本區(qū)間地表水主要為廢黃河。本區(qū)間穿越廢黃河（K7+175附近），該河河道寬約80m，河底高程33m左右，堤頂高程39～40m，勘察期間水面高程為35.98m，水深約3米。河水補(bǔ)給孔隙水、基巖裂隙水及裂隙溶洞水。

孔隙潛水：賦存于填土、黏質(zhì)粉土層及老城雜填土中，勘察區(qū)域該層地下水位埋深約為1.5～4.0m，該含水層受壓密性、填充物影響，孔隙變化較大，透水性不均，總體呈中等透水性。

1.3特殊性巖土和不良地質(zhì)

砂土液化：據(jù)勘察可知，沿線區(qū)間20.0m 深度范圍分布有②5-1、②5-1、②5-3層稍密～密實(shí)狀黏質(zhì)粉土，經(jīng)判別：②5-1層為可液化土層，折減系數(shù)1/3～2/3。據(jù)液化指數(shù)可知，區(qū)間（單孔液化指數(shù)為0.54～2.10）液化等級(jí)輕微。根據(jù)結(jié)構(gòu)埋深，可液化土均位于隧道結(jié)構(gòu)頂板以上，對(duì)工程影響較小，可不進(jìn)行處理，但應(yīng)適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另外，粉土、粉砂層在一定動(dòng)水頭差壓力下，易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，對(duì)工程安全造成影響，故本工程設(shè)計(jì)、施工時(shí)需引起注意[2]。

2盾構(gòu)下穿故黃河主要風(fēng)險(xiǎn)及其發(fā)生機(jī)理

2.1 河底擊穿風(fēng)險(xiǎn)

下穿段地層主要為可液化的粉質(zhì)粘土層，該地層滲透系數(shù)較大，無(wú)隔水效果。液化地層反應(yīng)比較靈敏，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，由于刀盤擾動(dòng)、土壓力和注漿壓力波動(dòng)引發(fā)河底隆起或塌陷等原因，引起地層擾動(dòng)，液化土在擾動(dòng)下瞬間失去強(qiáng)度，由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)而流動(dòng)，造成上覆地層失穩(wěn)，形成水的貫穿通道，加上河道水的巨大水壓力，導(dǎo)致隧道與河流貫通，嚴(yán)重時(shí)，造成淹沒(méi)區(qū)間及車站的重大損失，如圖5所示。

2.2 螺旋機(jī)噴涌河水倒灌隧道風(fēng)險(xiǎn)

液化地層在擾動(dòng)下會(huì)由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，流動(dòng)性增強(qiáng)。另外由于過(guò)河段地層透水性強(qiáng)，聯(lián)通性較好，在地層中容易形成水力通道，盾構(gòu)開挖擾動(dòng)地層，引起河道內(nèi)的水滲流至盾構(gòu)機(jī)密封倉(cāng)內(nèi)，容易出現(xiàn)螺旋機(jī)噴涌風(fēng)險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)江水倒灌隧道的現(xiàn)象。螺旋噴涌會(huì)導(dǎo)致土倉(cāng)壓力難以保持平穩(wěn)，并極易造成土體超挖，致使隧道上部地面出現(xiàn)沉陷、坍塌;同時(shí)由于需要花很長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)噴出的渣土進(jìn)行清理，導(dǎo)致盾構(gòu)施工進(jìn)度減緩。

2.3 鉸接處漏水風(fēng)險(xiǎn)

河道底部地層含水量大，如果鉸接密封失效，則可能導(dǎo)致鉸接處漏水，影響盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全。

2.4 盾尾密封漏水風(fēng)險(xiǎn)

河道底部地層含水量大，如果盾尾刷損壞及盾尾油脂性能及注入量不足，可能出現(xiàn)盾尾涌水涌砂現(xiàn)象，影響盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全。

2.5 地表沉降、河堤失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)

由于河堤處存在一個(gè)3m的落差，通過(guò)主動(dòng)土壓力計(jì)算穿越的土壓控制為上部土壓1.54bar，下部土壓為1.88bar。

3 盾構(gòu)機(jī)選型

（1）雙螺旋輸送機(jī)。為了適應(yīng)故黃河段的不良地質(zhì)情況，采用雙螺旋盾構(gòu)。雙螺旋盾構(gòu)在單螺旋盾構(gòu)機(jī)螺旋后方在搭接了一級(jí)螺旋，在地層滲水率大、細(xì)顆粒比重小、地下水壓力較大的情況下有良好的防噴涌效果。兩級(jí)螺旋機(jī)采用搭接的連接形式（見圖6）：第1級(jí)螺旋輸送器采用頂部端頭軸向驅(qū)動(dòng)，第2級(jí)采用底部端頭軸向驅(qū)動(dòng)。第1級(jí)與第2級(jí)之間采用球形連接，第2級(jí)可水平轉(zhuǎn)動(dòng)，并設(shè)有分隔閘門。每級(jí)螺旋輸送機(jī)具備獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，既可聯(lián)動(dòng)控制，也可每級(jí)獨(dú)立操作。正常情況下，兩段螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，在兩段螺旋間不積聚渣土，可以正常出渣。當(dāng)土倉(cāng)壓力過(guò)大或土偏稀可能發(fā)生噴涌時(shí)可以對(duì)兩段螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使后端的螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速小于前端。由于前端螺旋輸送機(jī)輸出的渣土多于后端螺旋輸送機(jī)，渣土很快在兩段螺旋輸送機(jī)間積聚形成土塞，迅速止噴，保持密封倉(cāng)內(nèi)土壓力。[3]

（2）“三大密封”（刀盤驅(qū)動(dòng)密封、中心回轉(zhuǎn)密封、鉸接密封）以及主軸承的老化情況，對(duì)需要進(jìn)行維修或者更換的設(shè)備、配件應(yīng)及時(shí)提出整改方法，避免掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備故障導(dǎo)致停工。

（3）盾尾刷。盾尾刷采用2道鋼絲刷+1道鋼板束，鋼板刷不用手涂油脂，由于鋼板層與層緊密接觸，砂漿不容易進(jìn)入，能有效避免尾刷砂漿板結(jié)，避免鋼板刷的失效，而且在推進(jìn)過(guò)程中可以節(jié)省大量密封油脂。兩道鋼絲刷選用材料性能更好的加強(qiáng)型盾尾刷。

4 掘進(jìn)參數(shù)控制

（1）盾構(gòu)穿越前對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行全面檢修保養(yǎng)，并組織驗(yàn)收，確保下穿過(guò)程中連續(xù)作業(yè);

（2）收集、分析穿越前盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與地表沉降數(shù)據(jù)，作為下穿過(guò)程中的一個(gè)掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定的依據(jù);

（3）控制貫入度40～50mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速0.9～1.0rad/min，減少對(duì)上部可液化層的擾動(dòng);

（4）注入初凝時(shí)間為5h的砂漿，采用上部?jī)陕纷{，注入量為理論間隙的160%～180%，注漿速度與掘進(jìn)速度相匹配;

（5）對(duì)脫出盾尾后6環(huán)進(jìn)行雙液注漿施作止水環(huán)，防止后部管片外側(cè)水往前端匯集;

（6）充分考慮進(jìn)河流和出河流時(shí)存在河堤的高度差，及時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力;

（7）充分利用盾構(gòu)雙螺旋的優(yōu)勢(shì)（當(dāng)一級(jí)螺旋出土?xí)r關(guān)閉二級(jí)螺旋，當(dāng)二級(jí)螺旋出土?xí)r關(guān)閉與一級(jí)螺旋連接位置，可以有效防止噴涌。實(shí)際過(guò)程中為一級(jí)螺旋轉(zhuǎn)速6～8rad/min與閘門開度，二級(jí)螺旋轉(zhuǎn)速10～12rad/min），并使用優(yōu)質(zhì)泡沫，防止噴涌，保持土倉(cāng)內(nèi)土壓穩(wěn)定;

（8）始發(fā)前更換新的盾尾刷并在三道盾尾刷上使用進(jìn)口手涂盾尾油脂進(jìn)行充分均勻涂抹，保障從盾尾刷表面至根部都涂抹上油脂，在掘進(jìn)過(guò)程中，配備優(yōu)質(zhì)的油脂并在兩道密封腔內(nèi)充分均勻壓注（每環(huán)注入量為50～60kg），防止盾尾刷被擊穿后泥水從盾尾進(jìn)入;

（9）嚴(yán)格控制油缸行程和出土量，并利用門式起重機(jī)稱重記錄渣土重量及時(shí)進(jìn)行收集匯總分析;

（10）控制好盾構(gòu)姿態(tài)，減少盾構(gòu)糾偏（5mm/環(huán)）及蛇形;

（11）做好管片選型及防水;

（12）下穿河流下使用全環(huán)增設(shè)注漿孔型管片進(jìn)行深孔注漿;

（13）制定好應(yīng)急預(yù)案，儲(chǔ)備充足應(yīng)急物資，預(yù)備灌砂編織袋若干，掘進(jìn)過(guò)程中安排人24h對(duì)河面進(jìn)行觀察。

5 總結(jié)

在我國(guó)城鎮(zhèn)化高速發(fā)展的今天，城市內(nèi)人口越來(lái)越集中，交通壓力劇增，對(duì)城市空間的利用提出了要求，地下城市軌道交通的興建很好的緩解了交通壓力。城市軌道交通修建的時(shí)候地表一般已存在各個(gè)年代修建的建構(gòu)筑物，環(huán)境復(fù)雜，穿越河流及建（構(gòu)）筑物已成為地鐵隧道施工常見難題。在確保地面安全的同時(shí)，也要綜合考慮地下施工的安全性，每一次類似的施工難題都需要分析和總結(jié)，形成對(duì)后續(xù)相類似地層施工的經(jīng)驗(yàn)具有積極的意義，文章筆者結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行了總結(jié)，存在的不足有待進(jìn)一步的分析探討。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳喬忠.土壓平衡盾構(gòu)穿越富水砂層雙螺旋輸送機(jī)控制噴涌技術(shù)探討[J].廣東土木與建筑，2015（1）：44-46.

收稿日期：2021-01-05

作者簡(jiǎn)介：俎元?jiǎng)P（1987—），山西呂梁人，本科，工程師，研究方向：地鐵盾構(gòu)法施工。

Analysis of Construction Technology of Double Helix Shield Tunneling Through the Yellow River Under the Silt and Silt Liquefied Stratum

ZU Yuankai

（The Fourth Engineering Co.， Ltd. of China Railway 11th Bureau Group， Wuhan Hubei 430000）

Abstract： Xuzhou Urban Rail Transit Line 2 Phase I Project Material Market Station ～ Pengcheng Square Station section of the shield tunnel under the Yellow River， the top of the tunnel is silt， silt liquefied stratum， the stratum is medium permeable， and the liquefaction level is medium. When the earth pressure balance shield machine traverses the silt and silt liquefied stratum， it is easy to produce excessive ground settlement， which will cause the risks of river bottom breakdown， spiral gushing， shield tail brush breakdown， and river embankment collapse. Pieces are misaligned， water leaks， or even damaged. In order to ensure that the shield passes safely through the Yellow River， through technical measures such as risk source identification， shield selection， shield tunneling parameters optimization， etc.， the shield construction tasks in this section have been successfully completed and good results have been achieved.The construction of the project provides a reference.

Keywords： shield tunnel; river crossing; double helix; settlement; liquefied layer