大直徑泥水盾構機穿越長江大堤施工關鍵參數選取研究

(1.上海市合流工程監理有限公司 上海 浦東 200120) (2.上海閔行城市建設投資開發有限公司 上海 閔行 201100) (3.武漢市市政建設集團有限公司 湖北 武漢 430000)

一、工程概況

某越長江盾構隧道位于G15沈海高速蘇通長江大橋上游西側600m～1200m處，隧道(綜合隧道)自南岸(蘇州)始發工作井向北，下穿南岸長江大堤，進入長江河道，而后下穿長江北岸大堤，抵達北岸(南通)接收工作井，隧道(綜合隧道)總長度約5468m。盾構刀盤直徑12.07m，隧道內直徑10.5m，盾構隧道始發井距離大堤263米左右。

二、地層介紹

大堤底部與隧道頂板之間厚度約16m-18m，其間地層為③1淤泥質粉質黏土、③2粉砂、③3淤泥質粉質黏土、③4粉質黏土與粉土互層、③5淤泥質粉質黏土，隧道頂板位于③5淤泥質粉質黏土層，隧道底板位于④2粉土層。

三、穿越大堤難點、重點分析

1.穿越大堤時期處于夏季，長江水位較高，控制大堤隆起或者沉降，保證大堤安全是盾構施工的重點。2.該地段處于5%下坡，盾構機切口壓力變化較大，施工參數選取也是難點。

四、盾構施工相關參數選取

(一)泥漿指標選取

1.比重。由于盾構機在砂性土層中穿越長江大堤段，所以選取1.25g/cm3；2.黏度。更好地謀求盾構開挖面的穩定，選取控制在22～24s的范圍；3.含砂量。去除泥漿中20μm以上的砂顆粒，并且20μm以下的砂粒也控制在10%以下的范圍內；4.析水量。泥漿的析水量需小于5%，保證泥漿的懸浮性；5.pH值。泥漿pH值需呈堿性。

(二)扭矩選擇

刀盤扭矩的估算

T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8

式中：

●刀盤切削扭矩T1；

●刀盤自重形成的軸承扭矩T2；

●刀盤軸向荷載形成的軸承扭矩T3；

●密封裝置摩擦力矩T4；

●刀盤前表面摩擦扭矩T5；

●刀盤圓周面的摩擦反力矩T6；

●刀盤背面摩擦力矩T7；

●刀盤開口槽的剪切力矩T8

經計算 扭矩設定在46000～52000KN之間

(三)推力選擇

推力的估算

F=F1+F2+F3+FS+FNL

式中：

●盾殼和土層的摩擦力F1；

●土壓的正面阻力F2；

●水壓的正面阻力F3；

●盾尾密封與管片之間的摩擦力Fs；

●拖拉后配套的力FNL(經驗值)

經計算 推力設定在2.1～2.5MN/m之間

(四)推進速度選擇

盾構掘進速度控制在1～2.0cm/min，盡量保持推進速度穩定，確保盾構均衡、勻速地穿越大堤，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對其結構產生不利影響

(五)同步注漿配比

在穿越大堤時通過增加水泥的用量來保證同步注漿漿液更快的硬化，并且強度更強。

砂漿配合比

(六)盾構機切口壓力選擇

切口壓力根據以下水土分算公式算得:

切口水壓上限值：

P上=P1+P2+P3

P上：切口水壓上限值(kPa)；

P1：地下水壓力(kPa)；

P2：靜止土壓力(kPa)；

P3：變動土壓力，一般取20kPa；

切口水壓下限值：

P下=P1+P2+P3

P下：切口水壓下限值(kPa)；

P2：主動土壓力(kPa)；

P1，P3——分別指地下水壓力、變動土壓力(kPa)；

切口壓力設定在上、下限值之間

經計算切口壓力設定在3.11～3.15bar之間(取上下水壓平均值)

(七)同步注漿量與壓力

盾構機開挖與管片外徑形成的空隙為17.47m3/環，當盾構機穿越長江大堤時，按照150%～200%加大注漿量控制，即26.21m3/環～34.95m3/環,注漿壓力按照略大于切口壓力計算0.5bar。

五、監測系統布置及沉降控制效果

(一)大堤監測點布置

在盾構穿大堤范圍內的兩側50m范圍內布置33個監測點。共4排，每排位置分別距大堤外側坡腳10m、大堤內外側坡腳、距大堤內側坡腳25m，監測點在盾構掘進穿越大堤方向進行加密布置，共布置16個沉降觀測點。

(二)大堤沉降控制效果

監測點經測量，沉降最大-6mm,隆起3mm各監測點數據變化量滿足-30～+10mm的地面沉降控制要求。

六、結語

在本工程盾構機穿越長江南岸大堤時，對切口壓力、同步注漿量與壓力等施工參數進行了選取并應用于施工，盾構機順利通過長江大堤，地面沉降控制效果滿足要求，保證了長江大堤安全。本文可為類似穿越重要構建筑物的大直徑盾構工程施工提供可靠借鑒。

【參考文獻】

[1]GB50446-2017盾構法隧道施工與驗收規范[S]

[2]王壽強，陳志寧，等.泥水盾構機施工管理手冊[M].江蘇教育出版社，2013