盾構下穿河流富水砂卵石層綜合施工技術

林 富 志，　孫　敏

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都　610081)

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盾構下穿河流富水砂卵石層綜合施工技術

林 富 志，孫敏

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081)

摘要：盾構下穿河流具有很高的風險性。成都地鐵4號線二期工程西延線為富水砂卵石地層，因卵石級配不連續且大粒徑卵石含量較高而被評定為特級危險源。為保證地表安全、將沉降控制在可控制范圍之內，同時又要防止噴涌等情況的發生，下穿前合理設置和調整盾構機掘進參數，在盾構下穿河流前、中、后采取相應的措施，以保證盾構機能夠安全順序的下穿就顯得極為重要。

關鍵詞：富水砂卵石層；下穿河流；加固措施；盾構控制措施；地鐵

成都地鐵4號線二期工程采用復合式土壓平衡盾構機施工，地層差異對盾構機的掘進具有很大影響，尤其是在富水砂卵石地層中且上部為河流中掘進所制定的施工技術措施是否能夠適應掘進地層至關重要。如何保證盾構機的施工安全？如何將其對周邊環境的影響降到最低是筆者在文中討論的重點。介紹了以下穿江安河為案例針對該地層制定的專項施工技術措施，可為其他類似地層下穿河流提供參考。

1工程概述

(1)成都地鐵4號線二期工程。

成都地鐵4號線二期工程西延線為連接市區至西部溫江區的線路，全長10.804km,全線共設車站8座，(其中換乘站2座)，線路設計起點至大學城站設一段折返線，尾端西部新城站至終點設一區間線路連接4號線一期工程，本線路共設站8區間，由西向東依次為大學城站、楊柳河站、鳳溪站(與規劃17號支線換乘)、南熏大道站、光華公園站、西部新城西站(與規劃22號線換乘)、鳳凰大街站、西部新城站。盾構機在鳳凰大街站～西部新城站區間下穿江安河。

(2)江安河情況。

江安河又名江安堰，河面寬度約40m，河床為原狀砂卵石。過水能力為154m3/s，分出支渠26條，斗渠196條，控灌農田31.27萬畝(1hm2=15畝)。

江安河河水在都江堰寶瓶口從岷江分流，在寶瓶口可對江安河水進行調蓄和分流。枯水季節水深約0.3～1m，水流平緩，豐水期水深約為1～1.5m，水流較大。

(3)江安橋情況。

距左線隧道開挖輪廓線約10m位置為光華大道江安橋，江安橋為雙向八車道城市干線，是連接成都與溫江的城市主干道。橋的下部基礎為“鋼筋混凝土擴大淺基礎+底系梁+墩柱”。

2工程地質情況

本標段隧道所穿越的巖層主要為密實卵石土(2-9-3)、(3-8-3)層(圖1)，漂石含量為5%～20%，漂石一般粒徑為20～40cm。砂卵石地層圍巖體整體強度較低，但單個巖塊塊體強度非常高，根據車站施工以及前期盾構出渣取樣分析，該區域內有可能存在直徑超過300mm的漂石。

圖1　工程地質剖面圖

(1)(2-9-3)密實卵石土(Q4al)：青灰、灰白、灰褐色，密實，飽和，漂卵石含量為75%～90%，多為中砂充填，卵石粒徑一般為20～180mm。根據1-5#、2#坑探揭示該段含10%～25%的漂石，局部地段富集，漂石粒徑一般為200～300mm，石質以花崗巖、砂巖為主，磨圓度較好，分選性較差。根據本段卵石點荷載試驗結果，卵石單軸抗壓強度值為112.7～163.7MPa。石質為Ⅴ類，堅硬程度分類為堅硬巖。本層鉆孔揭示，層厚3.8～9.8m，埋深9.1～12.2m，修正后超重型動探擊數N′120=9.4～23擊。

(2)(3-8-3)密實卵石土(Q3fgl+al)：青灰、灰黃色，飽和，密實，漂卵石約占75%～90%，卵石粒徑一般為20～180mm。根據1-5#、2#坑探資料，漂石含量約為10%～25%，局部地段富集，漂石粒徑集中在200～300mm。石質成分主要以石英砂巖、花崗巖等為主，磨圓度較好，分選性差。根據本段卵石點荷載試驗結果，卵石單軸抗壓強度值為83.7～205.2MPa。石質堅硬程度分類為堅硬巖。

3水文地質情況

本標段地層富水，枯水期埋深一般在3～5m之間，豐水期埋深一般在1～3m之間，本段地層富含大量卵石，具有較強的透水性，滲透系數為28m/d。

河流與地下水未發現有聯通，但具有較強的補給性。

根據江安河水文站數據，近6年5月份最大流量為63.8m3/s(2009年5月28日)，近3年最大流量為56.3m2/s(2012年5月21日)；近6年7月份最大流量為61.5m3/s(2013年7月13日)，近3年最大流量為56.3m3/s(2013年5月21日)。

4河堤及河床加固采取的有效措施

(1)河堤加固措施。

河堤加固采用袖閥管注漿加固。在盾構隧道通過江安河前，對河堤兩側沿隧道方向前后6m范圍內、隧道外3m范圍內的河堤段地層采取地表注漿預加固處理，地表注漿預加固孔布置為間排距3m×3m。分兩個加固區，每個加固區布置30個孔，上游側孔深為22.386m，下游側孔深為22.75m，布置方式見圖2。

(2)河床加固措施。

河床加固范圍為在上游側距離左線隧道邊線6m，下游側距離右線隧道邊線2m，沿河流方向25m范圍內采用鋼筋網片鋪設，鋪設鋼筋網片前澆筑C15混凝土墊層厚5cm，然后澆筑C20混凝土20cm厚(圖3、4)。

圖2　袖閥管注漿加固區域圖

圖3　河床加固區域范圍圖

圖4　河床加固剖面圖

①河道導流。

施工時值枯水期及河流下游的非灌溉期，河道主要承擔沿河居民區廢水排放功能。施工期間項目部與河道管理部門聯系，上游關閘以減小河道水流量。在盾構穿越段河道的上下游采用砂袋圍堰斷流、φ1 500無縫鋼管導流。

②河床清理。

圍堰斷流后，采用小型挖掘機清除河床表層含淤泥的砂卵石，清除厚度不小于50cm，并對清除后的開挖面進行整平、壓實。

③鋼筋網的鋪設。

鋼筋網片采用φ8鋼筋加工，網格尺寸為20cm×20cm。鋼筋網采用加工廠預制、現場鋪設的方式，鋪設前在河床面澆筑5cm厚找平C15混凝土墊層。

將鋼筋網搭接成一個網格，長度不小于10cm，搭接點采用點焊連接，鋪設須平順。

④混凝土澆筑。

河床部位清理后，先鋪5cm厚C15墊層混凝土，鋼筋網片鋪設完成后進行混凝土澆筑，混凝土采用商用C20混凝土，澆筑厚度為20cm。

混凝土必須一次澆筑成形，不留施工縫、杜絕混凝土冷縫，保證混凝土板的整體性。

5防止噴涌、涌砂的控制措施

5.1渣土改良措施

渣土改良是指通過向刀盤前方加膨潤土、泡沫劑、聚合物和外加劑與刀盤切削下來的渣土拌和，增大渣土的流動性、和易性，方便出渣，同時在掌子面形成泥膜以保護掌子面的穩定性，對刀具也可起到一定的保護作用。

隧道下穿越地層主要為砂卵石(2-9-3)、(3-8-3)地層，注入泡沫+膨潤土可有效改善土體流塑性及透水性，泡沫膨化土體、潤滑刀具，可有效防止刀盤結泥餅；同時，可以防止渣土過于粘稠而導致的刀盤扭矩增大、螺旋機堵塞等現象出現。

(1)采用加聚合物的BASF泡沫劑。

采用BASF公司加聚合物的高效發泡劑進行渣土改良，以潤滑刀盤刀具，減小刀盤扭矩、降低渣土的滲透率，增加渣土的流動性和塑性。

1t泡沫劑中加入聚合物100L，每環(1.5m)泡沫劑注入量不少于80L，泡沫劑的發泡率為10～12倍，以形成濃稠泡沫為準，根據渣土的性狀即時調整泡沫參數，以期達到最佳的渣土改良效果。

穿越過程中，在保持土壓穩定的前提下，減少發泡倍率，降低泡沫氣體流量，防止河床被擊穿。

(2)膨潤土+聚合物。

如果地下水量較大，單靠泡沫是無法避免噴涌發生的。若要防止噴涌，一方面需降低進入土倉的地下水量，另一方面要避免地下水進入土倉。經過大量的試驗確定采用的具體措施如下。

①采用盾構機渣土改良管路，向土倉上部人閘門附近注入膨潤土+聚合物改良材料，隨著刀盤轉動，改良材料與渣土充分攪拌，在土倉內形成低滲率的渣土，使地下水無法進入土倉內進而防止噴涌的發生。

②向土倉中注入膨潤土+聚合物改良材料，一方面使土倉中的卵石不至于沉積，另一方面使已經進入土倉的水與改良材料混合，增加渣土的粘稠度、降低水的流動性，進而防止噴涌。

③膨潤土+聚合物改良材料的配合比摻量通過試驗及現場試用后最終確定。根據前期使用效果分析，初步確定膨潤 土∶水∶聚 合 物=1 000∶

5 000∶50(kg)。

5.2加強同步注漿

盾構開挖直徑為6 280mm，管 片 外 徑 為

6 000mm，管片與開挖輪廓之間的間隙為140mm，因此，必須通過同步注漿材料進行填充并確保密實，防止地層滯后沉降。在這種砂卵石地層條件下，地層滲透性很大，為了保證成形隧道及河道安全，必須確保管片外側間隙充填密實，并通過試驗確定同步注漿液的配比。同步注漿液配比見表1，凝結時間為6h。

表1　同步注漿配合比表　/m3

6對盾構機采取的控制措施

6.1盾構掘進參數控制

根據9#、10#盾構在砂卵石地層目前已經完成的掘進完成情況，結合本標段的地質情況及隧道埋深設定的盾構下穿江安河的掘進參數見表2。

表2　掘進參數表

6.2防止刀盤卡住的控制措施

(1)選用砂卵石地層掘進水平高的盾構機操作手，避免由于操作水平低造成刀盤卡住；

(2)做好渣土改良工作 ，防止噴涌、涌砂，造成刀盤卡死；

(3)制定領導值班制度，出現問題及時處理，避免河床下長時間停機；

(4)強化施工流程，避免不必要的停機；

(5)若刀盤卡住、使用脫困扭矩無法啟動、刀盤不轉動時，注入大量的膨潤土、砂和聚合物的粘稠液體用以置換土倉內的渣土，降低刀盤扭矩，最終脫困。

6.3超方控制措施

(1)超方<5m3。

①加強同步注漿量。

②及時進行二次注漿。

(2)超方> 5m3。

①加大注漿量，河床內的盾構機應盡快通過塌方區。

②在河流枯水期進行打孔回填。

6.4盾尾漏水控制措施

(1)使用優質盾尾油脂。

(2)盾尾密封處如發生較大泄漏，首先考慮多注盾尾油脂止水止砂。

(3)根據掘進情況，觀察盾尾的漏漿情況判斷是否更換盾尾刷。

7后續保障措施

(1)根據監控量測結果，采用地面預留的跟蹤注漿孔，及時通過地面進行跟蹤注漿。

(2)采用管片上預留的二次注漿孔，待盾構通過后及時進行洞內二次補充注漿，以確保盾構通過后河床的穩定性及安全。

(3)左線盾構穿越江安河前，對已成型隧道左右線間的土體采取洞內加固措施，以確保左線掘進的安全。

8結語

盾構在富水砂卵石地層穿越河流具有很高的風險性，若發生冒頂或噴涌，將對盾構的掘進安全造成嚴重威脅。為保證盾構掘進安全，防止冒頂和噴涌的發生，掘進前對河堤和河床進行加固，對掘進參數進行設定，對盾構設備進行檢查維修，掘進過程中對渣土改良實施改進，控制泡沫劑的發泡率，確保同步注漿量和注漿壓力，掘進后對洞內實施二次注漿加固，從而為左線的穿越提供了安全保障。

林富志(1983-)，男，山東棲霞人，工程師，從事地鐵施工技術與管理工作；

孫敏(1985-)，女，湖北黃岡人，助理工程師，從事水利水電工程設計工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-10-20

文章編號:1001-2184(2015)06-0013-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV52;TV544

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