南寧地鐵盾構(gòu)下穿南湖施工技術(shù)

楊 澤 平

(中鐵隧道集團科學技術(shù)研究院有限公司，河南 洛陽　471000)

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南寧地鐵盾構(gòu)下穿南湖施工技術(shù)

楊 澤 平

(中鐵隧道集團科學技術(shù)研究院有限公司，河南 洛陽471000)

分析了南寧地鐵盾構(gòu)下穿南湖施工的重難點，從圍堰施工、掘進控制、監(jiān)控量測三方面，闡述了土壓平衡盾構(gòu)下穿南湖的施工技術(shù)，并提出了隧道的防滲漏與防噴涌措施，旨在保證施工的順利進行。

地鐵，土壓平衡盾構(gòu)，圍堰，掘進施工

0　引言

隨著城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)，盾構(gòu)法在水下隧道的應(yīng)用也逐漸增加，目前國內(nèi)已有多座成功穿越水下的隧道工程實例[1-4]，很多學者也嘗試了對水下盾構(gòu)隧道施工技術(shù)進行了研究，并取得了一定的成果。王偉等[5]介紹了土壓平衡盾構(gòu)通過對河床砂袋反壓以及河床加固的措施后穿越河流的施工技術(shù)；李振東[6]介紹了土壓平衡盾構(gòu)在砂卵石地層中下穿昆玉河施工關(guān)鍵技術(shù)；楊關(guān)青等[7]以廣州地鐵六號線(大坦沙站—如意坊站)盾構(gòu)區(qū)間為例，通過各種措施，土壓平衡盾構(gòu)順利穿越珠江。

目前我國計劃修建的還有很多水下盾構(gòu)隧道，需要大量的技術(shù)經(jīng)驗作為指導(dǎo)。南寧地鐵1號線下穿南湖隧道是南寧地區(qū)首條水下盾構(gòu)隧道，有必要在該隧道修建過程中進行施工技術(shù)總結(jié)，并為后續(xù)盾構(gòu)穿越邕江和其他的水下盾構(gòu)隧道的施工提供借鑒。

1　工程概況

麻村站—南湖站區(qū)間盾構(gòu)需穿越南湖段長260 m，最小覆土厚度僅4.2 m，小于隧道洞徑，南湖水深約1.6 m，穿越管段地質(zhì)條件差，為粉細砂、軟塑～流塑狀粉質(zhì)粘土層及圓礫層。

2　盾構(gòu)機配置

本工程施工中使用2臺CTE6250復(fù)合式土壓平衡式盾構(gòu)機，開挖直徑6.28 m。在盾構(gòu)選型中，考慮南寧市圓礫富水層地質(zhì)，對盾構(gòu)機進行獨特設(shè)計，主要為：刀具采用耐磨刀盤，刀盤整體開口率為40%；螺旋輸送機葉片采用高錳塊耐磨材料設(shè)計；設(shè)置盾殼外膨潤土注入系統(tǒng)等。

3　工程重點和難點

1)水下淺覆土隧道盾構(gòu)掘進工程中，掘進參數(shù)的選擇不當將造成地層沉降過大，如何有序、平衡、平穩(wěn)穿越南湖是本工程的難點。

2)地鐵隧道防滲漏等級為二級，以結(jié)構(gòu)自防水為主，加強接縫防水，隧道防滲漏為盾構(gòu)掘進中控制重點。

3)由于盾構(gòu)掘進斷面處于松散粉細砂和圓礫層內(nèi)，含水量豐富、滲透性強，上部隔水層厚度很薄，極易發(fā)生透水事故，導(dǎo)致湖水與隧道貫通，因此盾構(gòu)穿越南湖防噴涌是本程的重點和難點。

4　盾構(gòu)下穿南湖施工措施

4.1圍堰施工

盾構(gòu)穿越南湖時，覆土4.2 m～9 m，為確保順利通過此段，在盾構(gòu)穿越前，先進行淺埋段的注漿加固。首先對埋深小于6 m的地段施作砂袋圍堰[8]，圍堰高出最高水位0.5 m，圍堰內(nèi)湖鋪設(shè)0.5 m厚砂墊層作為加固平臺，其次對圍堰內(nèi)隧道頂面以上1.5 m至隧道底部以下1.0 m～3.0 m范圍的土體進行注漿加固。

淺埋段后期湖底清淤會進一步減少覆土厚度，故對圍堰加固范圍頂拋填0.5 m～1 m片石進行加固，增加覆蓋層厚度，同時可減少盾構(gòu)下穿淺埋段時隧道上浮的風險。

4.2分段掘進控制

為確保盾構(gòu)順利穿越南湖，將盾構(gòu)穿越南湖及前后地層進行細分，并選擇有針對性的掘進參數(shù)，強化碴土改良以保證建立土倉壓力，平衡地層壓力并防止地下水流失，保證足夠的同步砂漿量，嚴格控制地表(湖底)即時沉降及后期沉降。

1)第一段掘進施工。

此段處于軟塑流塑粘土層，易發(fā)生擾動性觸變沉降，地層在受刀盤及盾構(gòu)機推進的擾動下易改變原狀結(jié)構(gòu)而發(fā)生沉降，并且在軟流塑層中掘進方向不穩(wěn)，頻繁糾偏也會加大對土層的擾動，所以刀盤扭矩一般不大于2 000 kN·m，刀盤的轉(zhuǎn)速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，始發(fā)時可達到的貫入度以推力控制為主，土倉壓力控制在0.6 bar～0.8 bar。推進過程中應(yīng)穩(wěn)步推進，盾構(gòu)通過后，通過同步注漿彌補地層的觸變沉降值，注漿量控制在理論值的1.5倍～2.0倍[8]，在軟塑粘土中管片易上浮，為了減少管片上浮對盾構(gòu)姿態(tài)的影響，進行二次雙液背襯注漿，管片每拖出盾尾3環(huán)～4環(huán)時加注雙液漿，及時固化砂漿穩(wěn)定管片，借助管片環(huán)本身的剛度減少初裝管片的上浮。

2)第二段掘進施工。

該段地層為中透水的松散粉細砂，地下水容易稀釋碴土，如果碴土改良不佳可能會出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。由于砂層內(nèi)摩擦力較大，刀盤扭矩隨之上升，所以刀盤扭矩一般在3 500 kN·m左右，刀盤的轉(zhuǎn)速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度為40 mm～60 mm，土倉壓力控制在1.0 bar～1.2 bar。該段依然易發(fā)生擾動觸變沉降，盾構(gòu)通過后，通過同步注漿彌補地層的觸變沉降值，注漿量控制在理論值的1.5倍～2.0倍，碴土改良除添加泡沫外，應(yīng)開始添加少量膨潤土以減少刀盤扭矩，膨潤土注入量為2 m3/環(huán)～3 m3/環(huán)。管片上浮趨勢在此地層有所減弱但仍存在，要求隔環(huán)進行二次雙液背襯注漿，及時固化砂漿穩(wěn)定管片，借助管片環(huán)本身的剛度減少初裝管片的上浮。

3)第三段掘進施工。

該段的圓礫層為強透水層，地下水對碴土的稀釋作用明顯，掘進過程中容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。故每環(huán)添加6 m3左右的膨潤土(膨潤土漿液配合比：水/膨潤土=10∶1)，其中的細顆粒成分有助于泡沫成泡，膨潤土與泡沫增加碴土的流動性和止水性，防止螺旋機噴涌，減少刀盤扭矩保證土倉建立足夠的壓力(土倉壓力一般控制在1 bar～1.2 bar)，同時減少刀具磨損，刀盤扭矩一般控制在3 500 kN·m～4 000 kN·m，刀盤轉(zhuǎn)速0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度達到40 mm～60 mm。該段覆土厚度增加，對即時沉降的敏感性降低，但同步注漿量不足時，會出現(xiàn)后期沉降，隔環(huán)進行二次雙液背襯注漿。

4)第四段掘進施工。

該段為全斷面的圓礫強透水層，容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，由于富水圓礫層滲透性，難以實現(xiàn)帶壓換刀作業(yè)，對刀具磨損壽命的要求高。故每環(huán)添加6 m2～9 m3左右的膨潤土漿液，采用膨潤土溶液+泡沫溶液的方式渣土改良，能夠使盾構(gòu)的各項掘進參數(shù)均能較好控制，并且改良出來的渣土具有較好的流塑性、止水性。如果常規(guī)的碴土改良仍不能防止噴涌，啟用高分子聚合物系統(tǒng)注入高分子聚合物防止噴涌。該段覆土厚度增加，對即時沉降的敏感性降低，但同步注漿量不足時，會出現(xiàn)后期沉降，要求填充量達到理論值的2倍，該段的土倉壓力計算考慮坍落拱土柱高度因素，土倉壓力不應(yīng)低于靜水頭壓力，避免地下水流失引發(fā)大面積沉降，掘進過程中土倉壓力控制在1 bar～1.5 bar，刀盤扭矩一般達到3 500 kN·m～4 500 kN·m左右，刀盤轉(zhuǎn)速0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度達到50 mm～70 mm。

4.3監(jiān)控量測

為保證掘進時及時收集地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)注漿作業(yè)和盾構(gòu)掘進參數(shù)控制，確保盾構(gòu)下穿南湖的安全。在現(xiàn)況湖底加固區(qū)域按縱向間距5 m，橫向間距3 m布點，從施工情況和監(jiān)測結(jié)果看，隧道中線地表最大沉降值均控制在20 mm以內(nèi)。實踐證明，由于盾構(gòu)掘進參數(shù)調(diào)整及輔助措施得當，使盾構(gòu)下穿南湖過程中，地表沉降得到很好的控制。

5　隧道防滲漏措施

5.1預(yù)防措施

提高管片拼裝質(zhì)量，拼裝時保證管片接縫處平順，注意保護管片止水條，提高環(huán)縱縫的拼裝質(zhì)量。

5.2處理措施

對管片滲水情況主要采取二次補充注漿進行堵漏，二次注漿使用專用的注漿泵，注漿前鑿穿外側(cè)保護層，安裝專用的注漿接頭，二次注漿采用水泥漿、水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa。

6　防噴涌措施

1)渣土改良是防止噴涌的關(guān)鍵。通過渣土改良降低土倉內(nèi)水含量，渣土在膨潤土漿液和高分子聚合物的吸附和隔離作用下變得粘稠不易離析沉淀，不會砂水分離，螺旋機排土時便會均勻流暢。

2)合理設(shè)置土壓力值。掘進過程中，根據(jù)螺旋機實際壓力、刀盤扭矩和千斤頂總推力及時調(diào)整設(shè)定土壓力，使土倉壓力略高于水壓，確保正面的土壓保持平衡，嚴格控制出土數(shù)量，防止超挖和欠挖。

3)合理調(diào)整掘進參數(shù)。通過對推力及出渣速度的控制，盡量維持土倉壓力的穩(wěn)定，降低噴涌風險。

4)出渣門開度、螺旋機轉(zhuǎn)速適中，不宜過大，在噴涌來臨時，受出渣門流量影響，泥漿會在出渣口處積累而不會瞬間全噴，延長操作人員的反應(yīng)時間，以便采取措施降低噴涌風險。

5)根據(jù)盾構(gòu)機推進的地質(zhì)預(yù)報及渣樣分析，了解前方地層情況，及時制定應(yīng)對方案，添加調(diào)整渣土改良材料，以改良渣土，增加水密性和流動性，防止產(chǎn)生噴涌。

7　結(jié)語

土壓平衡盾構(gòu)下穿南湖過程中，地質(zhì)情況復(fù)雜較差，施工風險較高。盾構(gòu)穿越前，先進行淺埋段沙袋圍堰，其次對圍堰范圍內(nèi)土體進行注漿加固及拋填片石反壓；根據(jù)地層、盾構(gòu)隧道埋深等各類條件的變化和地層位移監(jiān)測的規(guī)律，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)及注漿參數(shù)；對施工過程中的重難點采取針對性措施，保證了盾構(gòu)安全通過。本文的研究探討只是初步的，掘進參數(shù)與地層條件間的關(guān)系有待繼續(xù)完善；渣土的塑流化改良技術(shù)水平有待提高，確定適宜的渣土塑流性值，才能保證開挖面穩(wěn)定，實現(xiàn)快速掘進。

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及成果[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：105-152，310.

[2]吳惠明.盾構(gòu)法隧道施工應(yīng)用技術(shù)文集[M].上海:同濟大學出版社,2007:84-91,205-211.

[3]褚東升.長沙地鐵下穿湘江土壓平衡盾構(gòu)隧道掘進參數(shù)研究[D].長沙：中南大學，2012.

[4]竺維彬，鞠世健，張彌.廣州地鐵二號線舊盾構(gòu)穿越珠江難題和對策[J].土木工程學報，2004(1):56-60.

[5]王偉，辛振省，彭加強.土壓平衡盾構(gòu)下穿河流施工技術(shù)研究[J].鐵道標準設(shè)計，2011(4):92-94.

[6]李振東.土壓平衡盾構(gòu)在砂卵石地層中穿越城市河流施工關(guān)鍵技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2012,32(S6)：854-859.

[7]楊關(guān)青，代為.土壓平衡盾構(gòu)機過江施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2009,29(S1)：26-31.

[8]王偉，辛振省，彭加強.土壓平衡式盾構(gòu)下穿河流施工技術(shù)研究[J].隧道/地下工程,2011(4)：92-94.

[9]王旋東.錢塘江復(fù)雜地層下土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪,2012(9)：238-241.

Construction technology of Nanning subway shield undercrossing Nanhu

Yang Zeping

(China Railway Tunnel Group Science & Technology Academy Co., Ltd, Luoyang 471000, China)

The paper analyzes construction difficulties and points of Nanning subway undercrossing Nanhu, describes construction technologies of EPB shield undercrossing Nanhu from three aspects of cofferdam construction, tunneling control and monitoring measurement, and puts forward tunnel anti-flowing and anti-leakage measures, with a view to guarantee the construction smooth.

subway, Earth Pressure Balance(EPB) shield, cofferdam, tunneling construction

1009-6825(2016)25-0166-02

2016-06-29

楊澤平(1984- )，男，碩士，工程師

U455

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