淺覆土條件下盾構穿越大型雨污水箱涵施工技術研究

摘要：采用盾構法技術在隧道淺覆土區域推進施工，因考慮到土壓力設置及相關聯的地表沉降等諸多因素，給盾構施工帶來了很大的難度。在淺覆土條件下穿越建構筑物則更加困難，需考慮的不僅是盾構推進的控制、還增加了建構筑物保護等多種因素。本文結合了武漢某地鐵盾構區間施工標段的工程實例，針對盾構機淺覆土地鐵隧道穿越大型雨污水箱涵施工的有關技術進行初步探索和總結。

關鍵詞：盾構法 淺覆土 雨污水箱涵

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

引言：隨著盾構法在城市地鐵建設中的運用越來越廣泛，在盾構施工中遇到的各種工程環境也衍生出更多的施工問題，當兩種有難度的環境結合在一起，便產生了更加具有難度的新問題。本文所研究的武漢某地鐵標段就遇到了類似問題，盾構區間在淺覆土條件下遭遇了地下箱涵。該雨污水箱涵為武漢市常青花園片區排水總管，水量充沛。箱涵底部和頂部為現澆混凝土，兩側墻為磚砌體結構，結構下底至隧道設計洞頂距離僅0.49m，穿越難度和風險極大。在施工實踐中，技術上巧妙借鑒礦山法支護工藝，對箱涵進行逐段支護，減小盾構推進過程中的箱涵變形。

1、工程情況描述

1.1、工程簡述

隧道施工過程中，在區間隧道接收端車站端頭井外，盾構機將穿越一條既有地下雨污水箱涵（后簡稱箱涵）。該箱涵是常青花園片區排水總管，為磚混結構，一旦發生損壞或斷裂，勢必直接影響該片區的雨污水正常排放，造成不良社會影響，同時也將對隧道和盾構機造成嚴重的損失。

箱涵為單孔結構，管涵外尺寸為3.3m×5.4m（高×寬），施工中采用明挖后現澆50cm混凝土底板，側墻為24cm厚磚砌體，箱涵頂板為厚30cm鋼筋混凝土。箱涵走向與區間隧道夾角為91°，位于區間隧道763環～765環正上方。箱涵底標高為+16.44m，盾構機穿越箱涵時頂標高為+15.89m，盾構機外殼與箱涵間的凈距為0.45m左右。

1.2、地質情況

穿越段土層主要為（1-1）層雜填土，松散由粘性土、砂土和磚塊、碎石、塊石、片石、爐渣等建筑及生活垃圾混成。該層連續分布，厚度一般為0.3～5.5m；（6-2）層粘土，可塑、軟塑，含少許氧化鐵及結核、云母片等物質，光澤反應強，層厚1.8～12.7m。

2、箱涵沉降分析

箱涵在穿越過程中主要沉降來自于管片脫出盾尾后，管片與土體之間建筑空隙壓縮產生的沉降，因盾構同步注漿在此期間尚未固結，對箱涵的浮力要在周邊土體能把漿液嚴密包裹下才能實現，但在回填土情況下是很難實現的，因此箱涵在此階段沉降最大。

考慮到穿越期間為枯水期，箱涵水位為半滿狀態，水位高度約1.7m，土體模型選用摩爾-庫侖模型，盾構管片、箱涵選取為彈性模型，經模型模擬，得出箱涵頂面、底面沿箱涵方向沉降分布如下圖。

3、施工方案與主要控制措施

3.1、穿越區域劃分

盾構穿越區域依次劃分為保護區1、箱涵區、保護區2，共3個區域。保護區1為盾構機到達箱涵前5環，箱涵區為箱涵對應的穿越區域，約5環，保護區2為穿越箱涵后的5環。

3.2、施工主要控制措施

①土壓力設定

⑴箱涵自重產生的側向土壓力P1

假設箱涵滿水狀態，混凝土密度為2.5t/m3，箱涵每米混凝土自重M1=（0.5*4.4+4.4*0.35）×2.5+1.7*0.5*2*1.7=12.24t

水自重為M2=3.4×2=6.8t

則箱涵產生的側向土壓力為P1= K0×（M1+M2）×9.8/9.6=19.43kPa。

⑵盾構上覆土產生土壓力P2

盾構與箱涵之間凈距約為0.45m，箱涵上覆土2m，盾構中心至盾構頂部距離3.12m，這三段距離相加即可求出覆土帶來的側向土壓力值。

P2=K0×γ×z=0.91×18×（0.45+2+3.12）=91.26kPa

P=P1+P2=113.7kPa。

②同步注漿

根據計算理論值、及前期推進沉降控制效果經驗值，穿越階段同步注漿量暫定為5.2～6.5m3，注漿壓力控制在0.06～0.12MPa。穿越過程中，以箱涵監測報表為依據，對注漿量進行適當調整。

③盾構姿態控制

在盾構進入箱涵影響范圍內之前，盾構姿態需盡可能地保持良好的姿態穿越箱涵。在穿越箱涵過程中，保證盾構勻速、直線通過，減少盾構糾偏量和糾偏次數。穿越過程中，不得開啟超挖刀。

④推進速度控制

在穿越施工過程中，盡量保持推進速度穩定，盾構按照1～1.5cm/min速度掘進。每推進25cm左右，停頓15分鐘，進行應力釋放，然后再繼續推進。確保盾構均衡、勻速地穿越箱涵，以減少對周邊土體的擾動，以免對箱涵產生不利影響。

⑤二次補壓漿

⑴施工區域

二次注漿施工區域主要為處于箱涵影響范圍內的763-767環。

⑵注漿布孔

當管片露出盾尾后，根據實際情況在管片的下部和中部注漿孔布置4根6分注漿管，中部注漿管超出管片外徑約0.2m，下部注漿管超出管片外徑約0.5m。

⑶注漿

按照先注下部注漿孔，后注中部注漿孔的次序依次注漿。注漿量按照壓力來控制，當壓力達到設置上限就停止注漿。

⑷注漿技術參數

1）雙液漿配比

A液： 水（重量比為0.48） 水泥（重量比為0.6）

B液： 水玻璃（重量比為0.27）

2）注漿量：每根注漿管原則上一次注入0.2～0.5 m3雙液漿。（根據箱涵沉降量決定）

3）注漿壓力：0.06～0.12MPa

4）注漿流量：10～15L/min

4、應用實效及結論

該工程盾構區間左、右線兩次穿越雨污水箱涵，左線最終沉降-5.7mm，右線箱涵最終沉降-4.4mm。基本實現預設目標。

盾構機在覆土4.5m情況下，成功將凈距僅45cm的大型雨污水箱涵沉降控制在6mm以內。理論解析及實踐表明，在淺覆土條件下的盾構法施工中，必要的注漿措施是至關重要的。同步注漿漿液的配合比要因工程而異，本工程中的漿液配合比是在綜合地質、試驗、實際施工多方面因素而選定的，這對淺覆土條件盾構區間施工是適用的；在淺覆土區域內同步注漿量不能過大，最好控制在理論孔隙的120～150%之間，否則隧道管片容易產生上浮，這一點與盾構法中常規采用的的150～200%不同。

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