淺埋盾構下穿河流施工控制技術

翟涇栓

摘 要：本文以沈陽市運河水系綜合治理工程為依托，根據現場施工情況，對淺埋土壓平衡盾構穿越淤泥質河道施工控制技術進行了研究，施工期間采取河道內設置抗浮板，優化盾構推進參數，合理控制盾構姿態，加強水位監測等有效手段，經現場實踐表明，以上措施對河床擾動較小，施工效果顯著，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：盾構；淺埋；下穿河流；施工控制

引言

城市地下輸水隧道作為一種安全、快捷高效環保的輸水形式，迅速成為解決城市地面建設問題的首要選擇。在城市地下隧道修建工程中，針對盾構下穿江河施工的案例并不缺乏，但多采用泥水盾構進行施工，土壓平衡盾構由于自身特點，在下穿河道的應用案例較少。我國雖然在土壓平衡盾構下穿河道的研究及施工經驗有了一定積累[1-3]，但針對土壓平衡盾構快速通過超淺埋且存在斷層破碎帶河道的施工案例尚未有相關的文獻報道。

本文以沈陽市運河水系綜合治理工程（新開河東段）截污工程四標段區間施工為依托，對土壓平衡盾構穿越超淺埋且存在淤泥地帶的河道的施工控制技術進行了研究及應用。經現場實踐表明，該系類施工技術取得了良好的效果，研究成果可供類似工程參考應用。

工程概況

本工程為沈陽市運河水系綜合治理工程（新開河東段）截污工程四標段。管道主線起點位于崇山東路北塔橋西北側河岸綠化帶內，主要沿新開河向東南方向敷設，沿途下穿崇山東路、北塔公園、京哈高速鐵路地面線及沈陽大學等區域，終點位于聯合路吉祥橋西北側河岸綠化帶內。起止里程為YK8+001.42～YK10+560.88，全長約2.559公里。沿線聯合路、北三、新北、寧山路、崇山東路等現狀排水泵站以支線形式接入主線。管道覆土厚度主要為5～9米，主線結構主要采用明挖法、盾構法、暗挖法施工。

本標段盾構段起止里程為YK8+403.87～YK9+888.72，長約度1484.85。其中下穿新開河段長度約150m，新開河為沈陽城北的一條人工河，水深約2～3m，河面寬度約30m。河底盾構段覆土約3m，區間掘進斷面主要地質為中粗砂、淤泥質粘土，該地下水主要以大氣降水、河流地下滲入為補給來源，地下水豐富，考慮沈陽地區枯水與豐水期水位變幅影響，本工點抗浮水位標高按地表下3m考慮，盾構下穿新開河段平面圖如圖1所示。

施工控制措施

3.1抗浮輔助措施

擬建管道埋深局部位于地下水位以下，施工及使用期間應考慮地下水對構筑物的浮力作用，計算結果表明結構自重及上方覆土無法滿足抗浮要求，經研究后設置抗浮板及抗拔樁輔助措施，可滿足盾構施工過程壓重及運營期間結構抗浮要求。抗浮板及抗拔樁斷面示意圖如圖2所示。

盾構機掘進至河道前對管道上方增加抗浮板，具體施工步驟如下：

（1）分兩期對河道進行土石壩圍堰，清除管道上方至抗浮板之間雜填土，并施工鉆孔灌注樁。

（2）在管道上方回填C15素混凝土至抗浮梁底標高處。

（3）施工抗浮梁及抗浮板。

（4）抗浮板施工完成后，在其上方回填500厚黏土層，防止滲水。

（5）拆除土石壩圍堰，恢復河道。

3.2盾構參數優化

盾構施工是一個系統復雜的工程，本工程盾構施工期間針對土倉壓力、渣土改良、掘進速度、同步注漿質量及數量等方面進行有針對性的優化，為盾構安全、勻速穿越河流提供了技術保障，具體盾構參數如下：

掘進速度：40-50m/min；土壓控制：0.06-0.09 MPa；加泥數量：3-5m?；加泥壓力：0.15-0.2 MPa；

同步注漿壓力：0.25MPa；同步注漿量：1.9-2.2m?；

二次注漿量350-600L；二次注漿壓力：0.4～0.45MPa；加泡沫量：0.5-0.75m?；泡沫注入壓力：0.28～0.37 MPa。

3.3控制盾構姿態及推進速度

盾構掘進進行嚴格的線形控制和姿態控制，姿態調整不宜過大、過頻，減少糾偏，特別是較大的糾偏，每環的姿態調整控制在±5mm范圍內，以避免對土體的超挖和擾動。

盾構下穿時合理控制掘進速度，速度控制在50mm/min，避免出現速度較大波動，保證在下穿時勻速通過，將對地層的擾動降到最小。

穿越河流過程中，如出現隧道涌水現象，立即停機，關閉閥門，檢查抗浮板措施及土石壩圍堰，根據實際情況調整盾構機掘進參數，調整完畢后恢復掘進。

同時，施工前應制定施工應急預案，根據現場情況，如遇結構上浮、滲漏水及變形等情況，應立即組織有關技術人員查找原因并商討采取有針對性的處理措施，如注漿加固或壓重等，以便消除隱患保證施工安全。同時應對施工方案、施工進度、保護措施、工藝方法等作檢查和完善。如情況進一步惡化，應立即停止施工，撤離施工人員。組織專家分析原因并制定合理的應對措施。

3.4防止非正常停機

盾構機在穿越河道前，對盾構機性能進行檢查，確保盾構穿越河道過程中各項指標最優，避免非正常停機。穿越風險區前，對穿越地段地下做詳盡的地質勘探，徹底摸清地下障礙物情況，排除意外因素。進入風險區前對盾構機及配套設備進行認真全面的檢查，保證盾尾刷的防水密封效果，防止掌子面和土倉內水土及注漿漿液通過盾尾刷進入盾體內流失，盡快調整好盾構機的施工狀態，以最好的狀態通過風險區。盾構推進過程中保壓推進，注入聚合物進行渣土改良，防止噴涌。按要求施做止水環，同時補注二次漿液。

3.5水位監測分析

下穿河流應盡可能選擇枯水期進行施工，同時輔以必要的現場監測，其中尤以水位監測最為重要，施工期間水位監測曲線如圖4所示。

經過對監測結果與施工情況及推進參數分析后表明：

（1）施工期間水位基本穩定，盾構掘進參數及推進速度合理。

（2）在盾構隧道施工條件下，影響地層沉降的最主要因素為土倉壓力。因此，在盾構掘進中，保持土倉壓力與掌子面壓力平衡是減小地表沉降、保證水位安全的一個重要因素。

（3）同步注漿量也是影響變形穩定后地表沉降的主要因素。本文依托工程盾構穿越地層特點，說明在中粗砂地層條件下，適當增加注漿量，可有效減少后期沉降。

（4）地表沉降對盾構刀盤扭矩和同步注漿壓力的敏感性，相對土倉壓力和同步注漿量較小。

結語

根據土壓平衡盾構隧道穿越超淺埋淤泥質土層河道的施工難題，分別從施工前的河床加固、抗浮壓重、合理設置盾構施工參數、控制推進姿態及配合現場監測等方面著手，有效控制了地層損失，以達到盡量減小地表沉降的目的。目前盾構施工較重要的施工參數包括土倉壓力、掘進速度、盾構總推力、刀盤扭矩、刀盤轉速、同步注漿壓力、同步注漿量、二次補漿參數、盾構姿態偏移量等。經現場實踐表明，本工程采取的措施對河底和地表的擾動較小，施工效果顯著，具有一定的工程推廣及參考價值。

參考文獻（References）

[1] 劉建航，侯學淵.盾構法隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[2] 杜玉奇.城市軌道交通隧道盾構施工關鍵技術探討[J].天津科技，2009（4）：45-46.

[3] 陳周斌.土壓平衡式盾構穿越建筑群施工控制技術[J].城市軌道交通研究，2010，13（11）：69-73.

[4] 馬險峰，王俊淞，李削云，等.盾構隧道引起地層損失和地表沉降的離心模型試驗研究[J].巖土工程學報，2012，34（5）：942-947.

[5] 陳福全，李大勇，王暉.地鐵盾構機掘進對周圍環境影響的現場測試研究[J].鐵道工程學報，2007，（9）：46-50.

（作者單位：中鐵一局集團第二工程有限公司）