穿越粉細砂地層的盾構隧道設計及施工的要點

何光洪

(中鐵二院工程集團有限責任公司咨詢監理公司，四川成都610031)

1 工程基本情況

川氣東送管道工程是國家“十一五”重點工程。安慶長江盾構穿越隧道作為全線的控制性工程，隧道全長2 770 m，是川氣東送管道工程穿越長江隧道中最長的隧道。該盾構隧道穿越的圍巖地層結構主要為含礫中粗砂，少部分為中等風化的泥質砂巖和粉細砂。隧道以上覆粉細砂、粉土、粉黏土等地層。

隧道設計為圓形斷面，內徑2 440 mm，采用泥水加壓平衡式盾構機施工，保持泥水艙內和掌子面間泥水平衡是其掘進的基本要求。在盾構掘進過程中，采用管片背填雙液同步注漿方式來填充管片與圍巖的間隙，以提高結構穩定性，達到加強隧道防水性能的目的。隧道施工始發井深度13 m，凈空17 m×8 m，明挖基坑施工，采用SMW工法樁圍護結構。工程于2007年2月開工，2008年11月順利貫通。

2 接收井端頭設計施工情況

盾構施工接收端頭地層依次為:素填土(厚0.5 m)、粉土夾粉質黏土(厚4 m)、粉細砂夾粉土(厚11.1 m)、粉細砂(厚29.2 m)。接收井圍護結構采用1 000 mm的地下連續墻施工，深度為55 m，圍護尺寸為10.4 m×21.4 m。豎井為凈空17 m×6 m的矩形結構，二襯厚度為1 200 mm，中間設置1 000 mm的中隔墻。

接收端頭加固采用三重管高壓旋噴樁，單軸抗壓強度不低于1.5 MPa，樁徑800 mm，加固深度11 m，成孔深度32 m，加固范圍17.3 m×8.5 m，共布置旋噴孔30排，靠近豎井6排旋噴孔排距500 mm，剩余24排旋噴孔排距600 mm。旋噴樁以靠近為目標，從右到左依次排序，第1～4排每排20根樁，剩余的26排每排18根樁，加固區域旋噴樁共548根，見圖1。

圖1 接收井盾構到達部位地層加固布置

接收井完工后，通過對加固體分別進行地面鉆孔抽芯及洞門口鉆孔取芯進行檢查，發現樁體(29 m)完整性較好，地下連續墻(洞門以內2.5 m)處只有少量的水滴，無線流水現象，達到設計要求。鉆孔取芯完成后，及時對取芯孔旋噴水泥漿進行封堵。

在盾構進入接收井加固體對盾構機刀盤進行卸壓時，壓力從0.255 MPa開始降壓，至0.05 MPa后關閉降壓閥，艙內壓力歷時4 min后回升至0.05 MPa，且從刀盤倉內排出的水夾帶少量粉細砂，而在正常情況下，刀盤倉應無壓力。出現此現象，說明加固體與刀盤間還存在通道，可能給施工安全帶來威協，工程暫停施工。根據可能出現原因分析，采取了如下補救措施。

(1)對盾尾注雙液漿進行封堵;

(2)在洞門口沿連續墻加固高壓旋噴樁2排并注雙液漿，壓力控制在0.15～0.25 MPa。

(3)在盾尾距離盾構機中線兩邊各2.4 m沿前進方向和垂直于前進方向鉆孔注雙液漿，壓力控制在0.15～0.25 MPa。兩個方向鉆孔呈梅花形布置，共2排。

(4)在洞門口下部進行鉆眼注漿，封堵洞口下部縫隙，防止盾構貫通后從接收井洞口下部流水流沙。

通過上述措施處理后，盾構機刀盤壓力仍未見下降，說明這些措施沒有發揮作用。

3 盾構機成功接收方案

鑒于以上情況，為確保盾構安全出洞，避免在隧道貫通時出現涌水涌砂的現象，業主邀請有關專家共同論證，決定施工中向豎井內回灌水和砂，以保持井內外水壓平衡，并模擬盾構在長江下繼續掘進，直到盾構機尾部全部進入接收井，通過水位變化觀察注漿效果，從而判定是否成功接收。

施工單位為此制定慎密的施工技術保障方案及預案，精心組織，使本案盾構成功接收，成為國內第一個使用該技術的成功案例。其總體施工準備、有關施工工序、方法詳見圖2。

圖2 有關施工工序和方法示意

3.1 準備工作

為了避免因填砂、灌水造成盾構穿越連續墻、豎井時無法觀測盾構姿態，避免硬物阻擋盾構機行進，進行如下作業。

(1)割除已安裝好的剛性接收基座及周圍支撐鋼筋，并采用素混凝土導臺接收。

(2)通過測量、探孔、地質雷達等手段探明盾構外輪廓線10 cm范圍內有無不明鋼筋，并確定盾構機目前的中心位置。

(3)人工鑿除洞門范圍內連續墻30 cm。

(4)在洞門口邊緣預埋3排φ25的環向注漿鋼絲軟管，排距為50 cm，并在其間預埋2排同規格但長度稍短的注漿鋼絲軟管加強，鋼絲軟管分別與伸出地面φ32注漿鋼管連接，另一頭采用接頭封堵。

(5)為確保洞門注漿效果，在以探孔定出的盾構中心用磚砌筑內徑3.5 m的洞門，并在二襯位置與磚砌體之間安裝環向鋼板和簾布橡膠板，避免漿液大量流入豎井內。

(6)向豎井回填6 m高的砂，其中洞門內采用砂和米石混合充填。

(7)同步向豎井內灌水29.4 m，使水面和豎井面齊平。

3.2 方案實施步驟

第一步，盾構機向前推進40 cm后停止排碴，通過盾構推力向前推進16環，盾尾處于二襯混凝土邊。再拼裝1環管片，向前推進80 cm后停止作業。盾構機停止拼裝管片后及時施作拉緊裝置。

第二步，17環管片拼裝完成后，利用接收洞門預埋的環向注漿管從接收井地面向洞口處注漿。首先注水泥漿，再注雙液漿。

第三步，接收井洞口段注漿完成后，再由隧道內盾尾位置全斷面注雙液漿和聚氨酯封堵。

第四步，注漿完成后，分階段抽排接收井內水，使水位要低于地下水位。

第五步，如果豎井內水位不再升高，表明井外滲水通道全部封堵，可以開始排碴。

第六步，砂清除后，再觀測洞門口，如發現小的滲流通道，應繼續注入聚氨酯封堵，并采用磚砌體封堵洞門與管片之間的空隙。

支出業務控制是內部控制最重要的內容。支出控制主要是對報銷業務的控制，應貫徹“以預算管理為主線，以資金管控為核心”的理念，從業務的源頭開始，從發生到審批到付款進行全流程的信息系統控制。

第七步，拆卸盾構機(后配套暫不拆除)。

第八步，施作洞門。

第九步，拆卸后配套。

3.3 接收井施工注意事項

(1)注漿壓力試驗。環向軟管由鋼絲軟管鉆孔，外用1層透明膠布封堵，其端部與注漿鋼管連接，另一端安裝壓力表。通過雙液注漿機向管內壓注清水，確定需要多大壓力，才能控制漿液滲透范圍。

(2)嚴格按照先里后外，先下后上原則注漿。

(3)向注漿管注漿，須先注單液漿，調試注漿壓力。單液漿完成后，再改注雙液漿。

(4)雙液漿膠凝時間控制在60 s為宜。

(5)連續墻鑿除要形成鍋底狀(中間凹，兩邊高)。

(7)要隨時觀測水位上漲情況，若發現水位變化異常或水位上升，及時回灌水，并在隧道內繼續注雙液漿和聚氨酯封堵。

3.4 隧道內施工注意事項

(1)嚴格控制注漿壓力，要求在0.4 MPa為宜。雙液漿膠凝時間控制在60 s為宜。

(2)對稱注漿。注漿量約2 m3。每次每孔注20 min，給予漿液充分膠凝時間，嚴禁在1個孔不間斷注漿。

(3)注聚氨酯時，要對稱同步進行。

(4)做好盾構管片的拉緊措施，防止貫穿連續墻后管片接縫滲漏水。如果出現這種情況，應及時注漿封堵。

(5)做好隧道內及盾構機內抽水裝置的檢修，并在管片拼裝機位置配備2臺5.5 kW水泵。

(6)盾尾處管片受1號拖車影響，考慮注漿效果，必要時可將拖車底板吊起。

4 方案成功接收原因以及踐行設計施工的幾點體會

在刀盤倉壓力始終無法下降的情況下，通過參建各方的共同努力，最終使盾構機得以安全出洞。這主要是得益于施工中利用了洞內外水土壓力平衡原理，采取了適當的方法和措施，加上及時、恰當的堵水方案，使得本案成功，確保了長江大堤以及施工人員生命和設備的安全。

筆者通過踐行川氣東送管道工程安徽安慶長江江底盾構設計及施工，對一些施工關鍵技術和步驟進行了分析總結，得到如下一些體會。

(1)嚴格按照既定專題方案試驗、實施和檢查，是確保盾構成功接收的主要原因。

(2)如果盾構隧道掘進長度太長，對刀盤磨損較大導致盾構機在出洞時可能會擠裂接收井加固體，從而導致加固體失去應有的封堵作用。因此，施工單位應根據機械性能以及設計要求做好施工組織設計以便及時對盾構機刀具進行更換或保養，以確保盾構機的順利掘進。

(3)在工程設計過程中，對地質勘察的深度要達到能給出盾構機需要更換刀具的合適地質地段的要求(或提供處理方案)，如果沒有則應考慮相應的應對設計方案。

(4)接收井(含加固體)內，詳盡而適當的防水設計處理必不可少。

(5)施工單位應對作為盾構施工核心機械的盾構機隨時進行檢查與保養，并當作一項非常重要的工作來落實。

(6)在盾構施工前，施工單位應詳細制定可行的技術方案，進行風險分析，分別對各種可能出現的情況制定相應的應對措施，并在施工過程中根據當時情勢及時修正，避免出現透水事故，給國家和人民生命財產造成巨大損失。

［1］GB 50299－1999地下工程施工及驗收規范［S］

［2］GB 50446－2008盾構法隧道施工及驗收規范［S］

［3］張鳳祥，傅德明.盾構隧道施工手冊［M］.人民交通出版社，2005

［4］周文波.盾構法隧道施工技術及應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004