砂性地層中盾構長距離下穿機場捷運工程施工

李永

摘要：文章以盾構在密實細砂層中長距離下穿機場捷運工程為背景，結合其特有的地質特點、復雜的工況條件，詳細地分析鄭州地區密實細砂層中盾構長距離正下穿機場捷運工程技術措施，為類似細砂層中盾構長距離的正下穿重要的建（構）筑物提供參考。

關鍵詞：盾構；長距離下穿；密實細砂層

中圖分類號：U455.43文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）13-70-03

1.工程概況

鄭州市南四環至鄭州南站城郊鐵路工程一期工程土建施工第08標段終點盾構井一機場站區間采用盾構法施工。隧道外徑6.2m，管片寬度1.5m，管片厚度0.3m。區間隧道需下穿機場捷運工程，且與捷運通道凈距8-9.2m，穿越長度包括一座捷運車站及一段捷運區間（總長約649m，地下一層結構：捷運車站長132m，凈寬35.4m，區間長517m，凈寬20.7m，底板厚度均lm）。捷運通道上方地面為機場滑行道。盾構下穿捷運工程平、剖面圖如圖1所示，捷運車站、區間斷面與隧道的相對位置如圖2所示。

3.長距離正下越捷運工程施工難點

（1）盾構施工隧道軸線控制在±50mm內，上方地表沉降控制在-15-+5mm內，捷運工程的沉降控制在-5-+5mm內。

（2）盾構砂性地層長距離下穿捷運區間及車站，雙線下穿長約649m。可能引起捷運工程結構變形，接縫處漏水，嚴重時可能造成捷運工程結構裂縫或破壞。隧道與捷運工程豎向凈距約8-9m。

4.盾構穿越捷運工程前的準備工作

（1）盾構區間穿越前制定完善的穿越捷運工程專項方案，嚴格控制盾構施工參數，包括正面壓力、推進速度、同步注漿量等，以減小盾構施工對上方捷運工程的影響，并作好相關應急預栗。

（2）在捷運工程結構底板預留注漿管，在雙線隧道上方及兩條隧道中間各設一條，各孔縱向間距2m，共計預留3條。預留孔作為盾構推進階段的監測及應急注漿（如圖3所示），在盾構通過后，根據變形情況對捷運工程底板下土體進行注漿，以填充盾構推進變形造成的空隙。結構變形監測指標按以下控制：結構總沉降量不超過5mm，結構接縫處差異沉降量不大于5mm。當變形達到允許值的80%時，應采取相關措施以控制變形，根據實際情況對捷運工程底板往下注漿或者利用隧道多孔管片對上方土體進行加固，避免結構產生破壞。

（4）采用預留注漿孔襯砌環，在盾構通過后，根據監測數據，當監測數據達到警戒值（允許值的80%）時，對盾構上方土體進行注漿加固，減少后期沉降。

（5）盾構推進前對盾構機刀盤進行加強，同時為了使盾構掘進出土更暢通，將刀盤開口率增大到50%，提高刀盤長距離穿越砂層的可靠性。

5.穿越段施工

盾構機在穿越捷運工程過程中，必須按編制的專項方案指導施工，特別注意每環出土量、土壓力控制、土體改良及同步注漿等4個方面。

5.1嚴格控制出土量

推進中尤以出土量的控制為重點，即每掘進1.5m的行程，理論算出的出土量為44m³。根據本標段施工的實際出土量及后期地面沉降數據分析，每環出土4個16m³的土箱，即64m³，后期沉降穩定（64m³包括許多方面的原因：a.土箱剩余的少量土，b.土體改良加入的5-7m³的泡沫和水，c.土體的松散系數1.2）。在盾構穿越捷運工程過程中，嚴禁出現超挖現象，即每環控制在4箱以內。當出土量出現少量的超挖現象，必須采取下列措施（在施工有這種情況發生）：掘進過程中加大同步注漿量：將螺旋機閘門開啟一半甚至更小，同時根據掘進過程的盾構參數進行微弱調整，以控制出土量減小對捷運工程周圍土體擾動。

5.2土壓力控制

由于盾構機在砂性土中掘進施工，建立平衡土壓力較為困難。所以在施工過程中，密切注意每個區域的土壓力和油壓的數值變化，根據不同的數據來控制螺旋機的開啟大小程度，根據施工經驗終結，在砂性土中土壓力側向系數取0.4-0.5。主要以控制每環出土量為主。

5.3土體改良措施

盾構穿越捷運工程中，為減小對上方土體的擾動，保證出土流暢，土體改良極為重要。根據類似地層施工的掘進改良參數進行分析和總結，土體改良采用2根泡沫管（邊緣和中心）、1根加泥管（適當情況下可采用2根），當刀盤扭矩過大時，同時使用第三把泡沫槍，避免盾構機一直處于超負荷狀態。土體改良效果如圖4所示。

土體改良控制參數如下：

泡沫溶液的組成：泡沫添加劑5%、水95%。

泡沫組成：90%壓縮空氣和10%泡沫溶液混合而成。

泡沫用量：每環15-30L

通過良好的土體改良控制，盾構推進效果理想，具體參數如下：

推進速度：30mm/min

推力：<1500t刀盤扭矩：<2500kN·m

5.4同步漿液質量及注漿量控制

依據鄭州地鐵1號線紫荊山站一燕莊站一民航路區間隧道推進的漿液配比及本區間的漿液試驗結果，本次推進漿液配比能滿足以下條件：①稠度高，足以支護周邊地層；②注漿材料可以充分填充到盾尾間隙的每一個角落：③硬化后，體積的縮小量小、止水性好：④能夠進行長距離壓送：⑤能夠控制壓漿量；⑥施工管理方便。漿液配比如表3所示，質量情況如圖5所示。

盾構機每推進一環的建筑空隙為：1.5×3.14×（6.14²-6.00²）/4=2.00m³

穿越期間，同步注漿量控制在3-3.6m³，注漿量為理論建筑空隙的150%-180%左右，注漿壓力范圍0.05-0.08 MPa，以控制捷運工程、地表變形與盾尾不漏漿為原則。

6.施工監測

6.1沉降監測點布置

（1）在盾構區間隧道上方布置地面監測點。地面監測點分為：平行于隧道軸線的沉降監測點和垂直于隧道軸線的沉降監測點。平行于隧道軸線的沉降監測點每7.5m（5環）布設一點，垂直于隧道軸線的沉降監測斷面每20環布設1組斷面，每個斷面

（2）在盾構區間隧道上方捷運工程內布置監測點。捷運工程內沉降點每4m布設一組斷面，每斷面6個監測點，如圖7所示。

6.2監測結果

區間隧道地面監測沉降曲線如圖8所示，捷運通道沉降曲線如圖9所示。

盾構在穿越捷運工程施工過程中，區間隧道上方地面沉降控制在內-15-+5mm。捷運工程沉降累計變化量控制內在-5-+5mm。由隧道軸線偏差（圖10）可見，區間隧道軸線控制在-50-+50mm內。

7.結語

盾構在砂性土層中長距離的穿越捷運工程風險較大，掘進參數、結構變形及地面和建（構）筑物沉降都難控制。本工程有效地控制了盾構在砂性土層中長距離的盾構穿越對捷運工程產生的影響。通過本工程順利穿越捷運工程進行總結分析，按照“施工前編制詳細的穿越建（構）筑物專項方案、應急物質落實到位；施工過程中優化的施工參數并安排專人對建（構）筑物進行巡視、根據監測數據及時調整施工參數：施工后及時的補充漿液，利用多孔管片多次少量進行注漿的原則進行穿越。雙線盾構已順利在砂性土層中長距離的穿越捷運工程，捷運工程沉降累計沉降最大值為-3.9mm，結構穩定無裂紋現象，地表累計沉降最大值-10mm，滿足設計相關要求，為后期類似工程施工提供借鑒。