泥水盾構(gòu)下穿河床關鍵技術研究

王明亮

摘 要：盾構(gòu)過河掘進是地鐵盾構(gòu)隧道施工中風險最大也是施工難點之一。本文針對廣州市軌道交通九號線工程飛鵝嶺～花都汽車城站區(qū)間隧道盾構(gòu)過河施工中關鍵技術進行了闡述，并對達到的效果和積累的經(jīng)驗進行了總結(jié)，以期為今后類似工程的施工提供參考與借鑒。

關鍵詞：地鐵；隧道；盾構(gòu)；技術

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0104-01

飛鵝嶺～花都汽車城區(qū)間位于廣花盆地，地貌上屬于河流沖洪積平原，地勢平坦寬廣，沿線地面高程一般在10.00m ～20.00m之間。盾構(gòu)隧道線路設1處V形坡，出飛鵝嶺站后以5‰下坡，然后以4‰上坡，再以4‰下坡到達。線路埋深為12～13.5m，隧道頂覆土6～7.5m。在縱向延伸方向，區(qū)間線路基本沿直線前進，只有兩個曲線段，在靠近飛鵝嶺站附近曲線半徑R為5000m，左轉(zhuǎn)彎曲線長149m，在靠近花都汽車城站附近曲線半徑R為2000m，右轉(zhuǎn)彎曲線長211m。隧道洞身多穿越第四系覆蓋土層，隧道底板則多處位于中微風化巖面，圍巖類別為Ⅱ～Ⅵ級。隧道穿越地層中，多處分布在地下水溶蝕作用而形成的溶洞和土洞中，溶洞、土洞的見洞率達到了43.4%。該地區(qū)的巖溶及土洞發(fā)育規(guī)律性差，呈無序狀態(tài)，其形態(tài)特征、規(guī)模和分布范圍難以確定，具有潛在的不穩(wěn)定狀態(tài)飛鵝嶺～花都汽車城區(qū)間沿線的巖石中等、微風化巖巖面起伏較大，中風化巖面埋深8.15～45.10m，巖面標高為0.76～-32.80m，相差約37m。

1 下穿河床加固技術

1.1 A003風神橋重建技術

為了盾構(gòu)掘進能夠順利通過，采取拆遷復建措施。施工后的A003風神橋新橋為3跨13m簡支預應力空心橋板，基礎采用直徑1.2m的鉆孔灌注樁基礎，承臺高2m，下部采用薄壁橋臺、圓柱式橋墩，橋墩均采用GYZ200×35（NR）型板式橡膠支座。橋臺設5m搭板。每座橋臺橋墩分為4幅，相鄰幅間設沉降縫，縫內(nèi)嵌橡膠止水帶，橋臺設置擋土墻。

空心板均采用C40預應力鋼筋混凝土，預制時跨中預留起拱度，預埋欄桿等鋼筋。空心板安裝就位后應及時綁扎空心板的鉸縫鋼筋、填筑鉸縫混凝土，鉸縫混凝土必須填充密實，空心板通過錨栓與墩臺連接。橋面采用C40鋼筋混凝土鋪裝，厚度13cm。分隔帶設置C40整體化層，厚度6cm，在分縫處的空心板面安裝橡膠止水帶。橋面連續(xù)與橋面鋪裝同時施工，鋪裝施工時橋頭處車道板和搭板間預留伸縮縫裝置。支座采用GYZ200×35（NR）型板式橡膠支座，每塊空心板設4塊，全橋共816塊。橋外側(cè)和分隔帶兩側(cè)設置防撞墻，路線中心處設置中央防撞墻。分隔帶內(nèi)填土、綠化，埋置管線。在邊防撞墻內(nèi)埋設D10cmPVC排水管，出口接道路的下水系統(tǒng)和河涌。河床采用30cm厚5號砂漿漿砌片石鋪砌，預設3cm厚C25混凝土磨耗層。

1.2 增設抗浮板措施

隧道上浮在隧道施工過程中普遍存在，而對于上覆土體不足，地下水充裕的情況下，隧道上浮成為了較嚴重的問題。隧道上浮導致管片錯位、地下水滲漏，嚴重影響隧道施工及后期運營。在盾構(gòu)掘進穿越河流設計階段便考慮到隧道抗浮的能力。在地下水豐富的河床下，管片在剛脫離盾構(gòu)機時由于周圍存在0.15m的建筑空隙（盾構(gòu)機直徑6.25m，管片直徑6m）而有了上浮的空間，管片靠自身重量無法抵消浮力，此時上覆土體的土壓力起到了關鍵性的作用。根據(jù)本工程，R0取3m，Ri取2.65m，取16kN/m3，取25kN/m3，取15.8kN/m3，由此可計算得最小覆土厚度為3.13m。

（1）

式中：R0—為管片外徑（m）；

Ri—為管片內(nèi)徑（m）；

—為漿液重度（kN/m3）；

h—為上覆土體厚度（m）；

—為混凝土重度（kN/m3）；

—為上覆土體平均重度。

（這里上覆土考慮為不透水層，土的重度假設為飽和土重度）（kN/m3）。

實際工程中最小覆土厚度為3.5m，略大于理論計算值，但管片上浮依然存在。在同步注漿的情況下，管片周圍被地下水及水泥砂漿包圍產(chǎn)生浮力開始上浮。因上覆土體未直接接觸管片，而水泥砂漿也未達到一定強度，土壓力Fn傳遞到管片上的力幾乎為零，無法平衡管片受到的浮力，因此管片仍然處于上浮狀態(tài)，此時：

（2）

式中：—浮力（kN）；

G—管片自重（kN）；

Fj—傳遞到管片上的土壓力（kN）；

Fn—管片所受到的粘滯阻力（kN）。

隨著水泥砂漿凝固，上覆土體的土壓力傳遞到管片上的力也開始變大。當抗浮的力等于隧道上浮的浮力的時候，管片處于一個瞬間動態(tài)平衡狀態(tài)；接著Fj繼續(xù)增大，水泥砂漿達到初凝，管片停止上浮。

盾構(gòu)機在姿態(tài)調(diào)整過程中會使管片環(huán)面受力不均勻，受力情況如圖1所示，當平行推進時P1=P2，管片不受影響；當盾構(gòu)機俯角掘進時P1>P2，管片受其影響有下沉的趨勢；當盾構(gòu)機仰角掘進時P1

本工程針對以上問題制定了相應的控制措施：

（1）改單一硬性水泥砂漿為雙液瞬凝砂漿。雙液水泥砂漿既能保證在施工過程中不會因為稠度過大而堵塞注漿孔，也不會因為初凝時間過長而不能及時有效的控制管片的上浮。

（2）注漿量及注漿壓力。注漿量應為理論計算值的140%～180%，這是因為隧道在開挖過程中會造成超挖，所注入的漿液也會因地下水而流入到土倉中而損失部分漿液。注漿壓力是在注漿處的水土壓力的基礎上相應減小以免造成劈裂注漿，本工程采用的注漿壓力為0.2MPa。

（3）控制盾構(gòu)掘進姿態(tài)，盡量避免姿態(tài)的調(diào)整。盾構(gòu)掘進姿態(tài)適當?shù)陀谠O計中線，當發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)掘進中軸線的平面位置和高程的允許偏差大于規(guī)范要求50mm時，應逐步進行糾偏，不能過猛地糾正偏差，糾偏角度不得大于3mm/m。

2 泥水盾構(gòu)下穿河床參數(shù)控制

2.1 切口水壓的控制

在盾構(gòu)過A013橋前，必須控制好切口水壓，盡量保持切口水壓的穩(wěn)定，為了減少對A013橋邊河堤的擾動，根據(jù)土壓力設定切口水壓值。在盾構(gòu)機穿越了河堤后，由于覆土厚度產(chǎn)生突變，此時應該及時調(diào)整設定的壓力值，減少河底的沉降，保護好河堤。掘進時倉體切口水壓力：上部：0.70～0.75bar，下部1.0～1.05bar；氣壓：1.10～1.15bar，停機時倉體切口水壓力保持0.70bar，調(diào)節(jié)時以上部切口水壓力為主。

2.2 推進速度和姿態(tài)控制

盾構(gòu)機的推進速度和姿態(tài)控制直接影響到土體沉降，因此在過河堤時應適當放慢盾構(gòu)的掘進速度，掘進速度控制在15～30mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速0.7～1rpm，即一環(huán)的掘進時間約控制在60～80分鐘，以盡量減少對土體的擾動。推進千斤頂總推力：800～1000（t）；推進千斤頂行程1750～1900mm；推進千斤頂行程差0～50mm；鉸接千斤頂行程：40～80mm，行程差：0～40mm。穿越過程中，盾構(gòu)機的姿態(tài)變化不宜過大或過頻，并且嚴格控制中線平面位置偏差、盾構(gòu)切口與盾尾平面以及高程偏差均不超過±50mm。一旦出現(xiàn)盾構(gòu)偏移軸線過大或地面變形偏大，應逐步糾正，并及時調(diào)整推進速度。

3 結(jié)語

經(jīng)過精心準備和科學施工，本工程依托于廣州市軌道交通九號線工程飛鵝嶺～花都汽車城站區(qū)間泥水盾構(gòu)始發(fā)已順利完成。通過不斷總結(jié)和摸索，使小斷面盾構(gòu)在過江隧道的施工技術不斷成熟，為類似工程地質(zhì)的小斷面泥水盾構(gòu)施工總結(jié)了可借鑒的經(jīng)驗。

參考文獻

[1]劉建航，侯學淵.盾構(gòu)法隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[2]張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].人民交通出版社，2004.