盾構隧道穿越河流施工技術

王晨麗

（中鐵十八局集團有限公司五公司　 天津　300450）

盾構隧道穿越河流施工技術

王晨麗

（中鐵十八局集團有限公司五公司 天津300450）

隨著盾構法施工技術在我國城市地鐵的發展，盾構法越來越多地應用到各種復雜地層中。文章以天津地鐵6號線人民醫院站～長虹公園站盾構區間為工程實例，介紹盾構隧道下穿河流的施工技術，對施工過程中的難點進行分析，提出了解決方法，同時對以后類似工程有一定的借鑒作用。

地鐵 盾構 穿越河流 技術

1　工程概述

1.1工程概況

天津地鐵6號線人民醫院站～長虹公園站區間（以下稱人～長區間）左線設計里程為：左DK18+380.000～左DK19+114.126（含長鏈0.003 m，短鏈0.384 m），左線隧道全長733.745 m（489環）；右線設計里程為：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右線隧道全長734.126 m（490環）；區間左右線隧道總長1 467.871 m；區間最小曲線半徑2 000 m，區間線間距11～15.6 m，區間隧道為單面坡，最大縱坡-11.909 ‰，隧道覆土11.6～20 m。人～長區間施工中，采用了中鐵重工生產的Φ6410 mm土壓平衡盾構機（DZ059）。

1.2隧道穿越津河及芥園橋概述

芥園橋橫跨津河，區間隧道在DK18+592～DK18+573（348～361環）下穿津河以及芥園橋，隧道與津河斜交成83°，河道寬19 m，河道深2～3 m，隧道頂部距離河底垂直距離10.5 m，風險等級為Ⅲ級。

芥園橋部分舊橋樁位于區間隧道開挖范圍之內，現除了5號舊橋樁（素砼樁）未找到，其余舊橋樁已拔除（直徑0.8 m），并用水泥土回填，在隧道兩側新建橋樁，直徑1.5 m，樁長57 m，隧道與橋樁最小水平凈距為2.15 m，下穿段覆土10.5×13 m。風險等級為Ⅲ級。

2　地質條件

人～長區間穿越津河及芥園橋段隧道所處地層主要為⑥4層粉質粘土、⑦層粉質粘土、⑧1層粉質粘土，無承壓含水層。穿越河流隧道處在此地層，容易引起盾構機螺旋機噴涌和盾尾漏水漏砂。

3　施工技術

3.1 盾構參數

3.1.1土壓力

土壓力的設定考慮水壓力，根據地質情況及隧道埋深情況理論計算切口平衡壓力得到：

刀盤頂部正面土壓力：σmin=kγh+Po

式中，k為土的靜止側壓力系數，粉質粘土取0.53，土重度18 kN/m3，Po為水壓力，水重度10 kN/m3，h取3 m（津河深度），隧道頂距離河底垂直距離10.5 m，隧道直徑6.2 m。

刀盤底部正面土壓力：σmax=kγh+Po

土壓力計算值在0.13～0.19 MPa之間，控制值為0.15～0.21 MPa之間。

3.1.2出土量

為保證施工過程中，出土量控制在理論值的95%～98%（46.36～47.82 m3），嚴格控制每環出土量，確保不出現超挖現象。

3.1.3掘進速度

在穿越津河的掘進過程中，由于需要穿越水泥土回填樁，因此盾構應減小推進速度，以2～4 cm/min為宜，慢推細磨過水泥土回填樁。盾構推進過程速度保持穩定，確保盾構均衡、勻速地穿越，減少盾構推進對前方土體造成的擾動，減少對護堤墻的影響。

根據理論計算及以往類似工程總結，盾構穿河流的掘進參數見表1。

表1　盾構穿越河流施工參數表

3.2同步注漿

盾構在穿越施工時壁后注漿填充率控制在130%～250%，按照該注入率每環注漿量為4.6 m3到8.9 m3，漿液稠度控制在9～11 cm，注漿壓力0.3～0.4 MPa，該漿液通過實驗確定漿液配比，在確保壓漿質量的前提下，方能進行下一環的推進施工。

水泥砂漿材料要求及配合比如表2所示。

表2　水泥砂漿材料表

3.3二次注漿

當同步注漿效果不佳而出現沉降過大、管片漏水時，及時進行二次注漿，通過二次注漿泵將水泥漿和水玻璃通過管片吊裝孔注入管片與周圍土體之間。

隧道盾構施工，在保證二次注漿對盾構推進沒有影響的前提下，在盾構連接橋處安裝一臺雙液注漿機隨時對隧道采用可硬性漿液進行二次注漿補強。具體實施過程為在盾尾5～8環以后從隧道上部注漿孔進行二次注漿。二次注漿選用收縮率小于5 %的漿液配比，具體如雙液漿配比參數表3所示。

表3　雙液漿配比參數表

如注漿孔需多次打開重復注漿，雙液注漿結束后，在孔口區域注入適量的封閉漿，以保證再次注漿時注漿孔能順利被打開。

二次注漿技術參數如下：注漿壓力≤0.50 MPa，雙液漿初凝時間為50 s。

3.4盾構姿態

此段隧道主要穿越粉質粘土層。在盾構機進入影響區之前，盡量將盾構機的姿態調整至最佳，嚴禁超量糾偏，蛇行擺動。盾構機前后端和設計軸線偏差控制在40 mm以內，避免盾構機頻繁或大幅度調整姿態。同時加強盾構機姿態的人工復核，確保盾構機推進軸線和設計軸線的偏差在設計允許范圍內。在河流下糾偏坡度控制在±1‰之內，平面偏差30 mm內，一次糾偏量不超過4 mm。

3.5盾尾防漏

在盾構穿越河流前對盾尾密封裝置進行檢修，使用性能穩定質量可靠的盾尾油脂，穿越期間加大盾尾油脂的注入力度，確保盾構推進過程中盾尾不涌水或流砂。

3.6土體改良

由于此段隧道穿越水泥土回填樁，在盾構的刀盤正面壓注泡沫，從而降低刀盤扭矩保證盾構穿越時有均衡的推進速度。加泡沫時嚴格控制注入量和壓力，避免土體在過多的泡沫量和較高的壓力下形成定向貫通的介質裂縫，造成滲水通道，嚴重影響到隧道的安全狀況。

3.7減少超挖

減少盾構的超挖，以改善盾構前方土體的坍落現象。盾構掘進速度，應與地表控制的隆陷值、進出土量、正面土壓平衡調整值及同步注漿等相協調，如停歇時間較長時，必須及時封閉正面土體。如出現超挖現象，采用加大注漿量，保證注漿壓力來對地層損失進行補充。

3.8加強監測、信息化施工

制定專項的監控量測方案，做到信息化施工。根據風險評估結果制定相應的控制標準，設定相應的預警值、報警值、警戒值。對盾構管片、地面均應加強施工監測，嚴格控制地面沉降量和管片結構的內力。當變形速率或變形量超過警戒值時，及時與監理、設計、業主溝通，及時采取措施。穿越施工段，每天進行人工復測，與自動導向測量系統共同指導盾構掘進方向，確保推進軸線。

4　穿越河流主要技術難點及原因分析

4.1涌水涌砂

在盾構法隧道穿越工程中，盾尾密封是保證盾構掘進隧道與掘進面完全隔離的關鍵性控制部位，一旦密封損壞，將會造成盾尾涌水涌砂，給掘進施工造成困難，甚至直接影響到人員、設備的安全。另外管片拼裝不居中，盾尾油脂注入量小，同步注漿壓力過大也容易出現涌水涌砂現象。如果出現涌水涌砂應減小同步注漿壓力，打入優質盾尾油脂，并調整配比縮短漿液凝固時間，盡早降低盾尾處注漿壓力。

4.2管片錯臺

管片錯臺是盾構施工中常見的問題之一。產生錯臺的原因有如下：拼裝作業不規范；注漿控制不當；盾構機姿態糾偏過大等。通過加強控制盾構機姿態，規范拼裝作業使管片錯臺得到了明顯改善。

4.3管片漏水

產生管片漏水原因：管片自身質量缺陷；管片防水粘貼不規范；壁后注漿不飽滿；管片選型不當等。通過加強管片進場驗收，規范防水粘貼作業，嚴格要求壁后注漿量等措施防止管片漏水發生。

5　結語

盡管盾構隧道在施工過程中不可避免遇到諸多難題，實踐證明只要科學合理地運用盾構法，很多問題都將迎刃而解。通過人～長區間盾構隧道穿越河流的工程實踐得出如下結論：

（1）盾構穿越河流時，設定合力土壓力、同步注漿壓力，填充足量漿液，確保防水質量，可以有效控制河床沉降。

（2）盾構施工時，根據地層的變化，合理調整掘進參數，加強測量工作使盾構軸線偏差控制在允許范圍內。

（3）高質量拼裝管片，使管片中心、盾尾中心一致，及時添加盾尾油脂，能夠有效的防止盾尾漏砂、漏水現象。

［1］張澤中.盾構施工管片錯臺的成因分析以及防止措施［J］.深圳土木與建筑，2007（1）

［2］沈永東.臨江過江隧洞盾構掘進的問題與對策［J］.現代隧道技術，1998（3）

［3］杜志田，李 穎盾構法施工在天津地鐵中的應用［J］.鐵道標準設計，2006（6）

Construction Technology of Shield Tunnel Crossing Rivers

WANG Chen-li
（No. 5 Corporation of CR11BG Tianjin 300450 China）

With the development of shield construction technology in subway construction in our country， it is applied in all types of complicated stratum. This paper， taking as an example the section of People's Hospital-Changhong Park from Subway Line 6 of Tianjin Subway， introduces the construction technology of shield tunnel crossing rivers， analyzes the difficult part during the construction work， and provides relevant solutions. Hopefully it can do some help to the constructions alike in the future.

subway shield crossing rivers technology

文獻標識碼：A 文章編號：1673-1816（2016）03-0027-04

2016-06-18

王晨麗，女，工程師，研究方向土木工程。