大直徑盾構機穿越海河監理控制

■ 周小平

周小平：北京鐵建工程監理有限公司，總監，高級工程師，北京，100055

1 概述

在天津地區，地鐵小直徑盾構機穿越海河不乏先例，但12 m大直徑盾構機在覆土厚度不足一倍盾構直徑的條件下還是首例，無經驗借鑒。天津西站至天津站地下直徑線工程（簡稱天津地下直徑線）盾構機穿越海河風險點施工涉及到最為齊全的拔樁技術，為國內首次對河底淤泥進行盾構掘進前預注漿的工程，采取多種加固措施和風險處理，為今后大直徑盾構機穿越江河施工提供借鑒和參考。

天津地下直徑線盾構隧道斜下鉆海河段的里程為DK3+415—580，長165 m，隧道與海河交角約為30°。該段采用盾構法施工，盾構設備為泥水加壓平衡（膨脹土-氣墊式泥水盾構）盾構，盾構機總長約57 m，隧道采用9塊管片（6A+2B+K）錯縫拼裝，盾構開挖外徑為φ11.97 m，隧道外徑為φ11.6 m，隧道內徑為φ10.6 m。

該段隧道位于700 m的曲線上，線路縱坡為面向天津站23‰的上坡，隧道的軌面高程為-28.537~-24.742 m，隧道頂高程為-20.487~-16.692 m，海河河底高程在2008年6月勘測期間為-1.43~-9.31 m（國家85黃海高程，實測）。海河河水水位高程為0.1~0.2 m。洞頂最小覆土厚約8 m（其中淤泥層厚約5.0 m）。

2 地質情況

2.1 工程地質

（1）填土：由雜填土及素填土構成，雜填土由碎石、磚塊、灰渣等建筑垃圾及生活垃圾為主。局部以黏性土為主，成分復雜，土質不勻，結構松散，工程性質較差，在表層普遍分布，海河岸邊最大厚度達5.6 m；素填土以黏性土為主，夾碎石等，厚1.9～3.1 m。

（2）淤泥：分布在海河底部，含碎石等雜物，最大厚度8.4 m，具靈敏度高，低強度等特點，極易發生蠕動和擾動，工程性質差。

2.2 水文地質

天津地下直徑線穿越海河段地表水為海河河水，勘測時水深約9.3 m，水面高程0.1~0.2 m，水面寬150~160 m，因上下游均建有水閘，水流緩慢。

淺層地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第Ⅱ陸相層⑤及其以下粉砂及粉土中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。

地下水的溫度：埋深在5 m范圍內隨氣溫變化，5 m以下隨深度略有遞增，一般為14~16 ℃。

潛水賦存在于人工填土層、新近沉積層、第Ⅰ陸相層③、第Ⅰ海相層④。該層水以第Ⅱ陸相層⑤粉質黏土為相對隔水底板。人工填土層為雜填土和素填土，土體結構松散，含水量豐富，土層滲透系數大。新近沉積層以粉質黏土、第Ⅰ陸相層以粉質黏土、黏土為主，土體滲透性能叫差，土層滲透系數較小，潛水流速緩慢。潛水于海河河水聯系緊密，通過滲流相互補給。

微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤粉質黏土為相對隔水頂板。第Ⅱ陸相層⑤、第Ⅲ陸相層⑥、第Ⅱ海相層⑦、第Ⅳ陸相層⑧的粉土、粉砂、細砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對穩定。微承壓水水位受季節影響不大，水位變化幅度小。該層微承壓水接受上層潛水的越流補給，同時以滲透方式補給深層地下水。該層微承壓水為非典型承壓水，水位觀測初期，該層水上升很快，一般在30 min之內完成全部上升高度的80%左右，30 min之后水位上升速度變緩慢，經過24 h之后，穩定水位一般穩定于潛水位以下。勘測期間對微承壓水進行了穩定水位觀測，穩定水位埋深約為3.73~7.85 m（高程為-4.55~-1.17 m）。

3 盾構機穿越海河采取措施及風險管理

3.1 海河左岸護岸樁拔除及恢復

3.1.1 工程簡介

盾構隧道與海河左岸護岸樁在空間碰撞交叉共24根，需要對碰撞交叉的鋼筋混凝土樁采用拔除廢棄，然后恢復護岸樁及親水平臺，最后盾構隧道通過，恢復后的護岸樁采用φ1 000 mm、間距1 250 mm（1 350 mm）鋼筋混凝土灌注樁，共3排，31根，樁長13.6 m。

3.1.2 采取措施

（1）護岸樁拔除之前，先在護岸樁后方（靠近海河東路處）補充一排φ1 000 mm、間距2 700 mm鉆孔灌注樁，混凝土標號C30，共計7根，樁長：13.6 m。

（2）拔樁順序為先拔出海河東路側排樁，并以跳樁的施工方法作業。每拔1根，回填人工拌和的水泥土至設計標高并恢復1根φ1 000 mm、間距1 250 mm（1 350 mm）的鋼筋混凝土灌注樁。依次類推直至24根樁（具體需拔除樁個數由現場實際情況確定）拔除并恢復完畢。

3.1.3 監理控制要點

（1）拔樁控制要點。檢查機械設備是否與方案中相符，合格證、年檢證是否合格。測量定位準確，拔樁機鉆孔中心與原樁位中心誤差不大于5 cm。測量拔樁長度與原設計提供數據比對，查驗樁底樁型，如拔除樁長與原設計提供數據相符，則證明本樁完全拔除，如樁底未出現斷樁跡象，則證明本樁完全拔除。樁拔除后，檢查孔底是否有混凝土殘留物，如無則允許進行樁的恢復。

（2）左岸護岸樁恢復監控要點。廢樁拔除，經監理檢查符合要求后，及時進行護岸樁的恢復，監理要控制好樁底回填水泥土及混凝土灌注。

回填土控制要點：水泥土的配比及符合設計要求。拌和好后用專用吊桶（水泥土不能與樁中水相混合）把水泥土填放到樁底。用專用壓實工具壓實，隨壓實隨起拔套管，水泥土壓實到恢復樁的設計標高，壓實好后進行鋼筋籠安放、混凝土澆筑。

水下混凝土灌注監理要點：按設計圖紙、規范檢查鋼筋籠的加工質量，要求焊縫飽滿，長度合格，雙面搭接焊長度為5倍的鋼筋直徑，單面搭接焊長度為10倍的鋼筋直徑，鋼筋籠長度符合設計要求，鋼筋直徑與圖紙相符，鋼筋籠直徑與圖紙相符。安放鋼筋籠，籠中心位置偏離樁中心位置不大于1 cm。籠的頂標高的誤差為±10 mm，固定好鋼筋籠，以防混凝土澆筑過程中鋼筋籠上浮。混凝土灌注旁站：導管長度與孔深相符即保持與樁底距離在30～50 cm；混凝土坍落度控制在18～22 cm，和易性好不離析；檢查隨車配合比試驗單，混凝土標號符合設計要求，配合比與批準的配合比相符；混凝土澆筑過程中，混凝土初灌量使導管埋深不小于1.5 m，正常灌注過程中，導管埋深為2～6 m；做好旁站記錄。

3.2 海河鉆孔灌注樁

3.2.1 工程簡介

海河河底加固區鉆孔灌注樁采用水下C30混凝土，左線首根樁樁位對應的線路里程為DK3+475.180，左線共計施作18根樁。右線首根樁樁位對應的線路里程為DK3+498.957，右線共計施作15根樁。

3.2.2 監理控制要點

船只測量定位、錨固準確。船上準確定位護桶中心，中心位置誤差不大于5 cm。準確定位鉆機中心，誤差小于5 cm。檢查鉆孔記錄，深度，深度不小于設計深度。檢查鉆孔樁的回沉值、直徑，回沉值不大于20 cm，直徑不小于設計值。檢查泥漿密度、含砂率，灌注前泥漿密度控制在1.03～1.1，含砂率不大于4%。檢查玻璃纖維筋籠的加工質量，籠直徑、長度不小于設計值。玻璃纖維筋的安放中心位置誤差不大于1 cm，保護層合格，并進行固定，防止上浮。

以上指標合格后方準進行灌注，灌注監理按海河護岸樁監理要點監理。

3.3 海河河底注漿加固

3.3.1 工程簡介

海河河底注漿加固按設計方案進行80排共計4 110根φ40 mmPE袖閥管，開6 mm孔，梅花形布置，孔間距200 mm，注漿管外套單向閥；管長10～15 m，平面間距布置1.2 m×1.2 m，豎向注漿管底部埋設至淤泥底以下不小于1 m，注漿管露出水面不小于1 m，每次注漿時注漿管埋設根數大于30根后統一進行注漿。注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃濃度為35Be’，雙液漿體積比為（1∶1）～（1∶0.6），水泥漿內需摻加一定比例的補償收縮外加劑和膨脹劑；注漿壓力控制1～2 MPa，注漿達到設計設計壓力后需持續30～50 min，雙液漿一天的抗壓強度不小于0.5 MPa，當第一次注漿加固結體充分凝固后，進行第二次注漿，二層注漿漿液采用超細水泥漿液。

3.3.2 監理控制要點

鉆孔定位：對孔位的軸線標記和孔位的測量放樣，監理參與復核，布孔間距1.2 m×1.2 m，布孔時孔位偏差≤50 mm。鉆機就位后，利用線垂結合水平尺檢查鉆機水平及鉆桿垂直度，垂直度小于1%，在鉆孔過程中檢查鉆孔垂直度，檢查注漿施工記錄中孔深欄或現場量測注漿管的長度，注漿管末端插入土體的標高與設計深度對比，控制在±100 mm之內。為防止塌孔，鉆孔時采用膨潤土漿護壁。

插入袖閥管：袖閥管管徑40 mm，鉆直徑約6 mm的出漿孔眼，呈梅花形布孔，并用橡膠皮封死孔眼。PE管露出水面高度不小于1 m。

注漿材料質量控制：注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，其水泥為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為35Be’，雙液漿體積比為（1∶1）~（1∶0.6），水泥漿內摻入一定比例的補償外加劑和膨脹劑。

注漿作業注意以下幾點：注漿壓力1~2 MPa，漿液應充分拌制并應過篩后才能使用；在規定的注漿壓力下，當灌注段吸漿量不大于l.0 L/min時繼續灌注10 min，注漿管以外周圍有嚴重冒漿現象即可結束注漿。

為了解注漿質量，海河注漿加固后，要求施工單位進行鉆芯、注漿均勻性試驗，當試驗結果滿足設計要求后，方可進行海河清淤、混凝土加固。

3.4 海河右岸護岸樁拔除

3.4.1 工程簡介

盾構隧道于海河右岸護岸樁垂直最小距離約為0.4 m。為確保盾構機通過時萬無一失，對理論距離小于1 m的護岸樁全部進行鉆孔取芯探明其準確長度，如樁尖未侵入隧道，則在取芯孔內回填C30細石混凝土，如侵入隧道內則按左岸護岸樁拔除方法進行拔除并恢復。

3.4.2 監理對右岸護岸樁鉆芯取樣控制要點

鉆芯孔位準確，與原樁位中心誤差不超5 cm。鉆桿傾斜度不大于0.3%。監測鉆芯孔深（根據鉆桿長度推算），如樁底標高不低于隧道標高，則不進行樁拔除工作。

通過現場鉆心取樣，右護岸樁樁尖距隧道頂垂直最小距離約0.4 m，未侵入隧道，在取芯孔內回填C30細石混凝土，未作拔除。

4 盾構機穿越海河控制措施

盾構機穿越海河的保護措施有地面措施和洞內措施，洞內工程措施是指在掘進時，采用同步注漿、二次注漿、二次深孔注漿；洞內工藝措施是充分利用先進的盾構施工藝，同時要求掘進時地層損失率控制在0.5%以內。

盾構機穿越海河過程，監理嚴格控制盾構機掘進管片拼裝質量，檢算氣墊倉壓力值、控制掘進速度、刀盤轉速，密切關注泥水的密度，做好盾構機姿態的調整和糾偏，保證偏差在設計允許范圍內。

4.1 泥水系統參數

（1）濃度ρ=1.04~1.25 g/cm3；

（2）黏度ν=15~25 s；

（3）脫水量<15 ml（100 kPa，30 min）；

（4）pH值：7~8；

（5）流量：1 200 m3/h。

應密切關注泥水的密度，泥水密度值應偏向取大值，如1.25 g/cm3，提高黏度，以便形成高質量的泥膜，防止發生過量超挖的現象。

4.2 盾構機姿態的控制

參考國內外已有大直徑盾構設計、施工經驗，綜合考慮施工偏差為±135 mm，線路擬合誤差為±10 mm，局部±15 mm。

在實際施工中，由于地質突變等原因盾構機推進方向可能會偏離設計軸線并達到管理警戒值；在穩定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差；在線路變坡段或急彎段掘進，有可能產生較大的偏差。因此應及時調整盾構機姿態、糾正偏差。根據可視化界面的姿態進行全方位的調整。

（1）姿態調整。參照上述方法分區操作推進油缸來調整盾構機姿態，糾正偏差，將盾構機的方向控制調整到符合要求的范圍內。

（2）滾動糾偏。當滾動超限時，盾構機會自動報警，應采用盾構刀盤反轉的方法糾正滾動偏差。允許滾動偏差≤1o，當超過1o時，盾構機報警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉方向，進行反轉糾偏。

（3）豎直方向糾偏。控制盾構機方向的主要因素是千斤頂的單側推力，當盾構機出現下俯時，可加大下側千斤頂的推力，當盾構機出現上仰時，可加大上側千斤頂的推力進行糾偏。

（4）水平方向糾偏。與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時應加大左側千斤頂的推進壓力，右偏時則應加大右側千斤頂的推進壓力。

4.3 同步注漿

4.3.1 注漿材料及配比

同步注漿是保持盾構機姿態、固定管片、防止漏水的重要施工措施，根據試驗段盾構施工經驗，在風險點處采用水泥沙漿。總結出同步注漿的配比（見表1）。

在施工過程中，同步注漿的配比要根據地質特征進行一定的微調，在進行微調時，一定要注意各材料對漿液性能的影響。

4.3.2 注漿壓力

注漿壓力應控制在地層壓力的±50 kPa左右，具體應根據實際的覆土厚度、開挖地質條件決定。

4.3.3 注漿量

注漿量應控制在建筑空隙的150%~250%，在工程中，建筑空隙為12.3 m3，因此每次注漿量應控制在18.3~30.8 m3范圍內，平均應保持在24.68 m3/環。

4.4 二次注漿

（1）注漿材料及配比。二次注漿采用水泥——水玻璃、超細水泥，二者比例為3∶1（見表2）。在使用超細水泥時，應注意控制漿液的水灰比，工程采用0.8∶1的水灰比，其初凝時間約在7 h左右，7 d的抗壓強度約20 MPa。在實際的施工中，可根據需要加入高效減水劑來改善漿液的流動性。

（2）注漿量。注漿量控制在平均4.5 m3/環。

（3）注漿壓力。應根據實際的地質條件決定，一般情況下可選擇0.3~0.5 MPa。

（4）注漿時機。二次注漿應在管片拖出盾尾后，結合盾構掘進的參數、周邊地質環境、施工監測等確定注漿時機，可選擇在同步注漿3~7 d后進行。

（5）注漿設備。雙液注漿采用KZY-80/70雙液注漿泵，超細水泥注漿采用柱塞泵，選擇時應注意流量/壓力。

（6）注漿位置。原則上應從頂部對稱向拱肩至仰拱注漿。

4.5 二次深孔加強注漿

二次深孔加強注漿是在管片上預留的注漿孔內向地層中打孔，并插入注漿管進行注漿，以補償地層損失，減少建（構）筑物沉降，設計圖給出海河二次深孔加強注漿量見表3。

4.6 盾構機穿越海河參數表（以刀盤進入和通過河面旁站統計）

盾構機穿越海河參數見表4。

表1 同步注漿參考配比 kg/m3

表2 水泥-水玻璃參考配比

表3 海河二次深孔加強注漿量

表4 盾構機穿越海河參數簡表

5 結束語

天津地下直徑線盾構機成功穿越海河歷時28 d，是工程技術難度最大、施工風險最高的一段，標志著我國已成功掌握了大直徑泥水盾構系統綜合施工核心技術。該工程過海河的各項參數指標及施工工藝、監理控制為大直徑盾構施工工程積累了寶貴的經驗，具有一定的借鑒意義。

[1]TB 10424—2010 鐵路混凝土施工質量驗收標準[S]．北京：中國鐵道出版社，2010

[2]TB 10417—2010 高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準[S]．北京：中國鐵道出版社，2010

[3]GB 50446—2008 盾構法隧道施工與驗收標準[S]．北京：中國建筑工業出版社，2008