談盾構下穿城市水渠控制技術

文一鳴 祁海峰

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

隨著全國各地地鐵建設的興起，地鐵區間隧道越來越多采用盾構法施工，而盾構穿越水渠風險極高，為此研究一套切實可行的盾構穿越水渠技術尤為重要，本文通過成都地鐵4號線膨脹地層盾構穿越東風渠工程為依托，通過盾構掘進參數、掘進方式、管片拼裝等工序研究、總結最優的方法，為今后類似地層中盾構施工提供參考及工程經驗，應用前景廣闊。

1 依托工程概況

成都地鐵4號線盾構施工分別在隧道里程ZDK41+259.565～ZDK41+299.984,YDK41+268.801～YDK41+308.365段下穿東風渠，東風渠寬約為31 m，深約為4.5 m，C15混凝土護坡、護底。隧頂距離渠底最近距離8 m～9 m，隧道穿越該地段主要地層為⑤-1-1全風化泥巖和⑤-1-2強風化泥巖。

2 施工控制原則

盾構通過前對東風渠進行詳細調查制定掘進參數，通過試驗段確定掘進參數；盾構通過過程中嚴格控制掘進參數和加強監測、觀測，及時進行二次注漿；盾構通過后根據對掘進參數統計分析情況，再次采取補充注漿措施，確保東風渠段安全。

綜合考慮該區段隧道的埋深、地質情況以及與東風渠的空間關系，制定穿越東風渠的指導思想為：“安全、連續、快速均衡通過東風渠段”，并確立“壓力合理、均衡掘進、注漿充分、嚴密監測、快速反饋、預案恰當”的施工原則。

3 盾構掘進參數控制

盾構下穿水渠掘進時，主要遵循以下原則：加強施工設備管理，確保盾構連續穿越；嚴格控制掘進參數(土壓力、掘進速度、掘進姿態、出土量、同步注漿等)；加強地面監測分析；做好應急措施準備。

1)掘進速度控制。

當盾構機刀盤里程距離河岸10 m時，逐步減小盾構機的推力，推力控制在900 t左右，適當降低掘進速度，掘進速度控制在20 mm/min～35 mm/min，盡量保持速度均勻。

2)動態調整土倉壓力。

通過地面監測數據的變化及時調整盾構機土倉壓力及掘進速度，東風渠段盾構覆土厚度為8 m～9 m，按理論進行計算，盾構土壓力為0.8 bar～0.9 bar，考慮到東風渠河水水壓的影響，因此在盾構通過東風渠段時，宜將土壓力控制在0.8 bar～1.0 bar左右(建立實土壓)，并根據實際情況調節。

a.當盾構機在距東風渠5 m時，需要逐步降低盾構土壓力。根據計算及經驗，盾構通過東風渠西岸期間，土壓力由1.3 bar左右逐漸降低至0.8 bar左右，同時控制掘進速度。

b.盾構通過東風渠底期間，土壓力宜控制在0.8 bar～1.0 bar左右。

c.盾構完成穿越東風渠后，向西岸前進，在盾構切口接觸河岸開始，土壓力逐漸提高，由1.0 bar提高至1.2 bar左右。

3)推力、扭矩控制。

a.當盾構機穿越東風渠時，控制推進油缸總推力在800 t～1 100 t，刀盤轉速控制在1.1 r/min，通過適當的減小推力及刀盤轉速，減小對地層的擾動。

b.下穿河流及含水豐富地層時，泡沫性狀應調干燥，以有效阻水。穿越東風渠期間泡沫濃度設置為2%～3%，發泡率設置為8～10，空氣注入率控制在80 L/min左右。掘進時刀盤扭矩控制在90 t·m～150 t·m。

4)出土量控制。

盾構在穿越東風渠期間，嚴格控制出土量，出土量嚴格控制在55 m3以內，并可適當欠挖，保持土體的密實，以免東風渠水滲透入土體并進入盾構。

5)盾構姿態控制。

a.盾構穿越東風渠時，區間隧道為半徑R620圓曲線，掘進時值班工程師根據盾構機姿態、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作(盾尾間隙小于20 mm，油缸行程差大于50 mm必須進行調整)，掘進時控制好盾構姿態，保證平穩推進，減少糾偏。如果存在姿態糾偏的情況時，每環的姿態糾偏量不能超過8 mm。

b.根據蜀十區間前面100多環的管片姿態情況發現，管片在脫出盾尾后垂直姿態有20 mm左右的上浮量。盾構穿越東風渠時，該段地下水相對其他地段較豐富，盾構機垂直姿態控制盾尾在-30 mm左右，刀盤控制在0 mm左右。

6)同步注漿控制。

a.配合比：同步注漿漿液具備充填性好、流動性好、離析少、早期強度均勻，注入時應具備不受地下水稀釋的特性，硬化后的體積收縮和滲透系數要小。配合比見表1。

表1 同步注漿配比 kg

b.注漿量：每推進一環的理論注漿量為：π(D12-D22)L/4。

其中,D1為盾構外徑，取6.28 m；D2為管片外徑，取6.0 m；L為管片寬度，取1.5 m。

V=π(D12-D22)L/4=4.05 m3。

下穿東風渠時，每環的同步注漿控制為130%～150%，即5.3 m3～6.0 m3。

c.注漿壓力。為避免出現由同步注漿引起河底開裂的現象，注漿作業時，宜將壓力控制在2.0 bar～3.5 bar；確保管片背后填充密實，避免河底開裂。

d.注漿速率。同步注漿時，必須保證上下左右四根注漿管同時注漿，注漿速度保持和掘進速度基本一致，盾構操作手每向前掘進100 mm后關注同步注漿量，及時提醒注漿操作手控制注漿速度。防止注漿過快、過慢造成管片背后形成空隙而引起地層沉降,見表2。

表2 掘進行程與注漿對照表

4 管片拼裝控制

穿東風渠段處于R=600曲線隧道段，管片為1.5 m長C級加強型管片，管片錯開拼裝，先拼裝下方的管片后拼裝上方管片，左右兩側交叉進行。

根據隧道線路計算出轉彎環與標準環的比例，按計劃進行拼裝，及時調整好盾尾間隙，保證管片成型質量。經過計算，標準環∶轉彎環=5∶2。

管片拼裝時注意保護管片棱角質量，進入拼裝機直至拼裝完成。這個期間重點檢查管片止水條有無破損、翹邊，專人檢查，及時修補。專人負責管片螺栓緊固情況檢查。其他常規工藝本文不再贅述。

5 結語

初步總結以下幾點：

1)施工準備。

在穿越風險源前，準備工作要充分，要把風險分析透徹，制定對應的措施，并報相關部門，做好備份，做到程序符合要求。

2)掘進速度選擇。

穿越風險源掘進時，掘進速度不宜控制較快。掘進較快時對地層擾動加大，造成地層不穩定性，加大掘進的控制難度。穿越掘進時，掘進速度控制在40 mm/min左右。

3)土壓力控制。

在穿越河流過程中，土壓力控制是至關重要的一方面，若壓力過高，擊穿河底，地層與河流連通，對掘進控制將造成更大的難度(螺旋噴涌，嚴重時河水涌入隧道)。因此應根據河流地層埋深以及地質水文條件制定合理的土壓力。

4)過程值班及巡查制度。

穿越河流過程中施行24 h領導值班制度和巡查制度，能更好的執行制定的各項措施，處理過程中出現的問題，避免盾構長時間停機，保證了盾構均衡掘進。

5)小結。

整個穿越風險源(東風渠)組織過程，充分展示做任何事一個團隊要有凝聚力，首先要明確并統一工作思路和目標，體系運行，責任明確，執行要剛性，嚴格的執行各項技術措施，通過對地鐵施工出現問題分析，往往穿越風險源出現問題的幾率很低，越是沒有問題，過程中偏偏就會出現問題，這充分反映，越是正常的地層，因重視程度不夠，反而容易出現問題，因此施工過程中，只要認真細心，抓關鍵點，抓細節，難度會大大降低。