李盤(pán)石

中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司

1 工程概況

杏濱站～內(nèi)茂站區(qū)間起訖里程為右YDK11+219.819～YDK11+821.499、左ZDK11+219.819～ZDK11+821.499。區(qū)間隧道右線(xiàn)長(zhǎng)度為599.482m，左線(xiàn)長(zhǎng)度為593.102m，其中左線(xiàn)短鏈為8.578m，右線(xiàn)短鏈為2.198m。本區(qū)間結(jié)構(gòu)覆土范圍為9.98m～14.28m，穿越鷹夏鐵路框架橋及內(nèi)茂立交橋，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)始發(fā)、接收?qǐng)龅赜上噜徿?chē)站提供，區(qū)間無(wú)設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

2 穿越段風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估

首先綜合考慮此次施工會(huì)出現(xiàn)的各種意外，提前預(yù)判，根據(jù)各種可能存在的問(wèn)題制定應(yīng)急方案再正式開(kāi)始盾構(gòu)穿越施工。表1為列舉出的問(wèn)題和對(duì)應(yīng)的方案：

表1 可能遇到的主要問(wèn)題及處理措施

3 沉降控制

3.1 控制掘進(jìn)參數(shù)

（1）土倉(cāng)壓力：隧道覆土厚度9.98m～14.28m，地下水位埋深1.90m～3.50m，標(biāo)高2.34m～5.21m，浮動(dòng)水位1m～3m。計(jì)算土壓時(shí)依據(jù)計(jì)算淺埋隧道的土倉(cāng)壓力的方式。

（2）總推力控制在1200t～1400t；降低推進(jìn)速度，控制在20mm∕min～30mm∕min；扭矩≤2000kN·m；刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在0.8rpm～1.0rpm。為了讓地面盡可能不發(fā)生變形，降低土體被盾構(gòu)的擾動(dòng)。

依據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，從而調(diào)整推進(jìn)的相關(guān)參數(shù)，保證掘進(jìn)高效進(jìn)行，當(dāng)發(fā)生圍巖突變的意外事件時(shí)，由盾構(gòu)司機(jī)及時(shí)詳細(xì)反饋推進(jìn)情況，以便專(zhuān)業(yè)人員調(diào)整參數(shù)。

3.2 控制出土量

每環(huán)理論出土量（實(shí)方）為39.55m3∕環(huán)。為達(dá)到改良土體的目的，加入泡沫劑，由于出土松散系數(shù)為1.2，計(jì)算可得每環(huán)出土量為47.46m3。需將出土量的范圍調(diào)整到98%～100%，即46.51m3∕環(huán)～47.46m3∕環(huán)。推進(jìn)時(shí)配備專(zhuān)業(yè)人士控制出渣方量，同時(shí)判斷渣土車(chē)自身的容量，一般安排工程師觀(guān)察即可。11-1殘積砂質(zhì)黏性土、17-1全風(fēng)化花崗巖是盾構(gòu)下穿框架橋區(qū)域的兩種主要地質(zhì)。按照理論計(jì)算每環(huán)出土重量為85.43t∕環(huán)。

3.3 同步注漿控制

同步注漿、二次注漿這兩道工序是盾構(gòu)穿越施工中控制后期沉降的重要環(huán)節(jié)，后期變形很大程度上受到漿液注入量、質(zhì)量以及當(dāng)時(shí)壓力的影響。

（1）注漿量。本工程盾構(gòu)開(kāi)挖外徑Φ6480mm，管片外徑φ 6200mm，行程長(zhǎng)度為1.2m；每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙為3.34m3；注漿量為（1.3～2.5）×建筑空隙。由此可知，4.44m3～8.35m3是向前推進(jìn)一環(huán)所需的注漿量，一般情況下同步注漿量保持在5m3，具體施工時(shí)還要調(diào)整。

（2）注漿壓力。加強(qiáng)對(duì)盾尾刷的保護(hù)，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.3MPa，約等于靜止水壓的1.1～1.2倍。為了防止注漿管因過(guò)久停留的漿液出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)分段進(jìn)行注漿。

（3）注漿時(shí)間。當(dāng)盾尾脫離管片時(shí)結(jié)束注漿，同時(shí)掘進(jìn)速度和注漿速度保持在同一狀態(tài)。如果不當(dāng)拖延注漿時(shí)間，管片和盾尾會(huì)出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，此時(shí)上部土體會(huì)發(fā)生突沉，所以應(yīng)同時(shí)把握管片脫片和漿液壓入的時(shí)間。掘進(jìn)時(shí)，為了更好地控制沉降，可按照中、前盾徑的方向?qū)⑴驖?rùn)土由注漿孔填入到盾體四周。

（4）漿液配比及性能指標(biāo)。同步注漿漿液每m3初步配比見(jiàn)表2。

表2 同步注漿配合比（每m3原材及用量）

漿液性能要求：塌落度24cm～26cm；稠度10cm～12.5cm；凝結(jié)時(shí)間12h～16h；7天強(qiáng)度≥0.15MPa，28天強(qiáng)度≥1.0MPa。以上參數(shù)根據(jù)施工情況調(diào)整。

3.4 保壓掘進(jìn)，保持盾構(gòu)開(kāi)挖面的穩(wěn)定

當(dāng)工程進(jìn)入到鷹廈鐵路時(shí)，依據(jù)地質(zhì)參數(shù)確定盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力。應(yīng)結(jié)合推進(jìn)過(guò)程分析理論土壓值和實(shí)際所設(shè)定的土壓力之間的關(guān)系，當(dāng)土倉(cāng)壓力控制值提升時(shí)，將壓力增加0.01～0.02MPa，依據(jù)監(jiān)測(cè)到的沉降結(jié)果調(diào)整土壓力，實(shí)際土壓力不得大于設(shè)定值的10%。

3.5 二次注漿管理

當(dāng)穿越鷹廈鐵路時(shí)，為了減少安全事故，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展開(kāi)二次注漿。通常注漿配合比為水玻璃按1∶3稀釋?zhuān)酀{水灰比為1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1，水玻璃模數(shù)2.6～2.8，濃度39～48。

通過(guò)盾構(gòu)，開(kāi)始對(duì)添加在管片后的注漿孔進(jìn)行加固，一般向管片周?chē)?m范圍展開(kāi)即可。此時(shí)保持0.4MPa的注漿壓力，注漿量每一環(huán)均為1m3，注漿時(shí)先從隧道頂部開(kāi)始最佳。該過(guò)程中遵循密實(shí)填充、少量多次的原則，同時(shí)防止地面過(guò)渡隆起，對(duì)此要隨時(shí)監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)。依據(jù)同步注漿的具體要求把控二次補(bǔ)漿的質(zhì)量好壞，施工過(guò)程中注意周邊環(huán)境，盡量減小對(duì)其余建筑物的消極影響。

洞中進(jìn)行反向掃描，二次漿液的強(qiáng)度達(dá)到要求后，先行探測(cè)隧道頂120°范圍以?xún)?nèi)管片背后的詳細(xì)注漿情況，通常會(huì)用到高頻雷達(dá)天線(xiàn)，具體由1條主線(xiàn)、2條輔線(xiàn)組成，便于及時(shí)、精準(zhǔn)反饋管片四周的漿液密實(shí)狀態(tài)。當(dāng)存在脫空時(shí)立即補(bǔ)漿。

3.6 渣土改良

土體改良時(shí)，具體需要將之前不符合土壓平衡盾構(gòu)施工切削土的土體通過(guò)調(diào)整組成進(jìn)行改良，使該土體方便盾構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖，讓出土更加便捷。通常要求改良后的土體擁有塑性流動(dòng)性的特征。

（1）土體改良的目的。土體改良后可提升其土壓平衡效果，對(duì)地表沉降起到抑制作用；渣土的止水性也會(huì)得到提升，從而避免地下水的過(guò)多流失；渣土進(jìn)入土倉(cāng)的速度有所加快，排土變得更加順利；避免刀盤(pán)和渣土之間不當(dāng)黏結(jié)；還有利于組織排土過(guò)程中螺旋輸送機(jī)的意外噴涌；起到降低刀盤(pán)扭矩的作用，此時(shí)由于螺旋輸送機(jī)的磨損被大大降低，掘進(jìn)的效率也得到提升。

（2）土體改良的方法。所用的添加劑最好用知名品牌泡沫劑，也可選用品質(zhì)較高的鈉基膨潤(rùn)土。泡沫劑添加量的具體指標(biāo)如下：使用知名品牌土壓平衡盾構(gòu)機(jī)專(zhuān)用泡沫，1∕3≤粉細(xì)砂斷面＜1∕2時(shí)，添加量≥10kg∕環(huán)；1∕2≤粉細(xì)砂斷面＜2∕3時(shí)，添加量≥12kg∕環(huán)；粉細(xì)砂斷面≥2∕3時(shí)，添加量≥15kg∕環(huán)。利用盾構(gòu)機(jī)的泡沫系統(tǒng)注入泡沫。

3.7 姿態(tài)糾偏

3.7.1姿態(tài)糾偏對(duì)地表的影響

對(duì)盾構(gòu)的姿態(tài)進(jìn)行糾偏時(shí)受到不同推力的影響，盾構(gòu)的前進(jìn)方向呈現(xiàn)曲線(xiàn)，因此會(huì)大面積進(jìn)行開(kāi)挖，還會(huì)導(dǎo)致沉降；該過(guò)程中由于軸線(xiàn)開(kāi)挖面和刀盤(pán)之間存在夾角，導(dǎo)致開(kāi)挖會(huì)出現(xiàn)欠挖或超挖，從而導(dǎo)致沉降。糾偏時(shí)，如果把縱坡進(jìn)行數(shù)次調(diào)整或者過(guò)度糾偏，推進(jìn)軸線(xiàn)便會(huì)發(fā)生改變，對(duì)地層產(chǎn)生影響，變形也會(huì)隨之加劇，引來(lái)更嚴(yán)重的沉降；糾偏時(shí)，由于盾構(gòu)軸線(xiàn)和管片軸線(xiàn)的差異較大，導(dǎo)致管片和盾尾發(fā)生脫離，形成間隙，從而對(duì)地面沉降造成影響。

3.7.2姿態(tài)糾偏控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50446—2017）：盾構(gòu)軸線(xiàn)偏離隧道軸線(xiàn)應(yīng)≤±50mm。按照下列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本工程穿越建筑段進(jìn)行糾偏，從而盡可能避免由于糾偏引發(fā)的地表沉降。

設(shè)計(jì)軸線(xiàn)和盾構(gòu)姿態(tài)之間的夾角不能超過(guò)0.3%，更詳細(xì)來(lái)說(shuō)，由于盾構(gòu)機(jī)主機(jī)達(dá)到了8658mm，計(jì)算可得上述兩者的偏差值不能超過(guò)26mm（8658×0.3%）。所以掘進(jìn)段控制盾構(gòu)姿態(tài)應(yīng)保持在±26mm之間，當(dāng)然特殊狀態(tài)下應(yīng)留出±24mm的曲線(xiàn)富余量。

進(jìn)行姿態(tài)糾偏時(shí)，將千斤頂油壓控制在5MPa以下，而推力不能超過(guò)300t。同時(shí)盾尾和管片之間的間距不能大于15mm。

3.7.3姿態(tài)糾偏控制措施

（1）當(dāng)施工進(jìn)展到鷹廈鐵路段時(shí)，需要綜合考慮各種信息，包括地質(zhì)變化、隧道埋深、設(shè)計(jì)坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、軸線(xiàn)偏差情況、地面荷載、地表沉降、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、刀盤(pán)扭矩、千斤頂推力、測(cè)量數(shù)據(jù)等，以便技術(shù)人員所下達(dá)的指令合理、準(zhǔn)確。

（2）將盾構(gòu)姿態(tài)和設(shè)計(jì)軸線(xiàn)之間的偏差控制在±26mm時(shí)才能進(jìn)行盾構(gòu)穿越，這樣使得盾尾和管片的間隙符合要求。在操作時(shí)司機(jī)必須遵守指令，一有誤差立即糾正，防止誤差過(guò)大導(dǎo)致糾偏不及，始終把握快速糾偏、高頻糾偏，對(duì)于盾構(gòu)的糾偏量也要符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

（3）糾偏時(shí)還可通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)千斤頂組合的方式進(jìn)行，千斤頂油壓差不能超過(guò)5MPa，同時(shí)為了避免出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)過(guò)分糾偏，即保持在5mm以?xún)?nèi)，伸出長(zhǎng)度應(yīng)保持在2cm內(nèi)，該措施還能把土體由推力形成的擾動(dòng)和擠壓降低到最低。

（4）當(dāng)姿態(tài)處于最佳狀態(tài)時(shí)，提前預(yù)估軸線(xiàn)在前進(jìn)過(guò)程中有可能存在的偏差，方便精準(zhǔn)迅速地調(diào)整管片和盾構(gòu)，使管片軸線(xiàn)和盾構(gòu)軸線(xiàn)始終處于同一條水平線(xiàn)，保證盾構(gòu)機(jī)身和設(shè)計(jì)線(xiàn)路的夾角不超過(guò)0.3%。

（5）認(rèn)真觀(guān)察正面實(shí)際土壓的變化情況，仔細(xì)把控盾構(gòu)的出土量，避免出現(xiàn)欠挖或超挖現(xiàn)象。結(jié)合監(jiān)測(cè)到的地面沉降調(diào)整刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的速度。

4 監(jiān)控量測(cè)

盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)隨時(shí)監(jiān)測(cè)鐵路和框架橋的情況。結(jié)合上述設(shè)計(jì)思路，盾構(gòu)隧道穿越既有鐵路的工程順利完成，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，完成穿越后的鐵路、框架橋最大下沉了1.69mm，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)顯示風(fēng)險(xiǎn)源變形也在合理范圍之中。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)城市發(fā)展水平日益提升，軌道交通建設(shè)也日漸增多，因此不可避免會(huì)出現(xiàn)穿越鐵路的地鐵隧道工程。本文結(jié)合實(shí)際案例，分析研究地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路框架橋沉降控制技術(shù)，希望通過(guò)研究為相類(lèi)似工程提供理論和實(shí)踐上的幫助。