淤泥質(zhì)土地層中盾構(gòu)下穿老海河沉降控制

陳金剛，張兆龍

（北京住總集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 110101）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)各直轄市（省會(huì)）城市都在快速建設(shè)地鐵，綜合功能、投資及施工難度等因素，導(dǎo)致地鐵線路不可避免要穿越房屋、橋梁、管線、老河流及湖泊等。土壓平衡盾構(gòu)在淤泥質(zhì)土地層施工過(guò)程中，河堤、河底沉降控制是相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，因淤泥質(zhì)土具有較高的靈敏度，觸變、流變特性較大，強(qiáng)度較低，固結(jié)排水時(shí)間長(zhǎng)，在動(dòng)力作用下，土體結(jié)構(gòu)極易破壞。施工過(guò)程中設(shè)定參數(shù)過(guò)高，可能擊穿河底，造成河水倒灌、淹沒(méi)隧道，造成巨大損失；設(shè)定參數(shù)過(guò)低，沉降過(guò)大，也有可能造成河水涌入隧道及河堤開(kāi)裂。因此，盾構(gòu)穿越河流過(guò)程中如何確保隧道及河道安全尤為重要。本文針對(duì)淤泥質(zhì)土地層中盾構(gòu)穿越老海河施工過(guò)程中施工控制措施展開(kāi)研究分析。

1 工程概況

1.1 工程概述

天津地鐵1號(hào)線東延工程咸水沽北站—雙橋河站區(qū)間為雙洞單線隧道，區(qū)間線路自咸水沽北站直線始發(fā)，沿規(guī)劃海沽道向東鋪設(shè)，依次下穿魚(yú)池、養(yǎng)殖場(chǎng)、雙橋河道路及出入段線既有地下結(jié)構(gòu)，而后經(jīng)半徑490m曲線段后轉(zhuǎn)直線下穿老海河進(jìn)入雙橋河站（見(jiàn)圖1）。本區(qū)間隧道右線起訖里程為DK44+530.393—DK45+465.87，全長(zhǎng)935.482m；左線起訖里程為DK44+530.366—DK45+465.875，長(zhǎng)鏈29.424m，全長(zhǎng)964.933m。區(qū)間線路左右線間距14.80～44.36m。區(qū)間結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度9.98～17.66m。區(qū)間中心里程右DK45+045.384設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道，通道采用凍結(jié)法加固礦山法施工。區(qū)間采用中鐵裝備土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（直徑6 410mm），盾構(gòu)機(jī)總長(zhǎng)85m，盾體長(zhǎng)9.5m；盾構(gòu)管片（C50P10）內(nèi)徑5.5m，外徑6.2m，襯砌環(huán)全環(huán)由小封頂F、2塊鄰接塊L和3塊標(biāo)準(zhǔn)塊B錯(cuò)縫拼裝構(gòu)成。

1.2 水文地質(zhì)

天津地下水受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地形、地貌、氣象及海進(jìn)、海退等綜合因素影響，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。本區(qū)間受2層微承壓水影響：第1層微承壓水主要為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，穩(wěn)定水位埋深4.12～6.19m；第2層微承壓水含水層主要為⑩3粉土、⑩4粉砂、?3粉土、?4粉砂及?5細(xì)砂層，穩(wěn)定水位埋深5.8～7.1m。2層微承壓含水以層⑨1、⑨2、⑩1、⑩2黏性土層為相對(duì)穩(wěn)定的隔水層，各含水層厚度和埋深不均，中間分布的黏性土隔水層中夾有薄層含水層，致使局部第1、2層微承壓水上下聯(lián)通，水力聯(lián)系緊密。對(duì)盾構(gòu)有較大影響的微承壓水含水層為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，盾構(gòu)穿越老海河范圍地層技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 區(qū)間線路平面

1.3 老河海風(fēng)險(xiǎn)源

區(qū)間在DK45+350—DK45+400下穿老海河，河道上口寬35m，河底為料石襯砌，河堤兩側(cè)無(wú)襯砌，河底淤泥層厚約2.6m，枯水期水深2.5m左右，隧道結(jié)構(gòu)拱頂距離河底最近約6m，洞身土層主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（拱頂）、粉質(zhì)黏土為主，下穿老海河風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)。具體平面如圖2所示。施工前，對(duì)穿越老海河過(guò)程中易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并制定針對(duì)性措施，如表2所示。

圖2 老海河與隧道平面

2 盾構(gòu)穿越控制措施

2.1 穿越前控制措施

穿越之前，選取海河河堤以外100m空地作為試驗(yàn)段，根據(jù)河底與試驗(yàn)段地表高程情況，布置4m深的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿隧道軸線方向間距10m，監(jiān)測(cè)斷面間距25m（共4個(gè)），如圖3所示。掘進(jìn)試驗(yàn)段之前，對(duì)設(shè)備推進(jìn)、出土、注漿、盾尾密封及土體改良系統(tǒng)進(jìn)行全面排查，排查報(bào)告責(zé)任人簽字，確保試驗(yàn)段推進(jìn)過(guò)程中設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。對(duì)試驗(yàn)段推進(jìn)參數(shù)、注漿及沉降綜合分析，確定穿越海河推進(jìn)參數(shù)，試驗(yàn)段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3所示，土壓力、掘進(jìn)速度與沉降值關(guān)系如圖4所示。

根據(jù)試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)與沉降值關(guān)系，最終確定推進(jìn)、注漿等參數(shù)如下：①土倉(cāng)壓力（上）控制在 60～80kPa；②推進(jìn)速度控制在 40～50mm/min；③每環(huán)出土量按照 98%理論值（48.48m3）控制47.5m3/h（2斗滿+1斗裝3/4）；④螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速控制在8～12r/min；⑤刀盤(pán)扭矩控制在額定扭矩的 20%～30%；⑥每環(huán)控制在理論建筑空隙的150%～180%（4.68～5.62m3），注漿壓力0.10～0.15MPa；⑦每環(huán)隔3環(huán)進(jìn)行二次補(bǔ)漿，補(bǔ)漿采用雙液漿，水泥漿（水灰比 0.8）∶水玻璃（30～40Be）為 1∶1。

表2 盾構(gòu)下穿老海河易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)及控制措施

表3 試驗(yàn)段掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 穿越過(guò)程中控制措施

穿越過(guò)程中，對(duì)所有管理人員及作業(yè)班組進(jìn)行動(dòng)員，并宣布獎(jiǎng)罰制度，要求所有作業(yè)人員嚴(yán)格按照指令單執(zhí)行。對(duì)注漿材料及管片進(jìn)行“四檢制”，確保質(zhì)量。具體重點(diǎn)工作如下。

1）下井前，認(rèn)真核對(duì)管片型號(hào)、膠條黏結(jié)、吊裝孔、螺栓孔及破損（裂縫）等。

圖3 試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面布置

圖4 土壓力、掘進(jìn)速度與沉降值關(guān)系

2）每推完1環(huán)，2人對(duì)盾尾間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)，確保間隙分布較均勻。

3）嚴(yán)控管片拼裝錯(cuò)臺(tái)，管片螺栓嚴(yán)格執(zhí)行復(fù)緊制度，確保管片擠壓密實(shí)。

4）拼裝完成后千斤頂分區(qū)回收，并立即加壓，達(dá)到交底要求。

5）穿越期間選用較試驗(yàn)段更優(yōu)的油脂，在油脂桶上做標(biāo)記刻度，每環(huán)必須達(dá)到規(guī)定值。

6）管片出盾尾5環(huán)后進(jìn)行二次注漿，二次注漿從隧道兩腰開(kāi)始，注漿一段時(shí)間后，將封頂塊吊裝孔裝上閥門(mén)并打開(kāi)，觀察是否有漿液溢出，如有，繼續(xù)注1m3左右停止，否則繼續(xù)注漿。漿液為水泥漿+水玻璃（30～40Be）雙液漿（水灰比為0.8，體積比為1∶1），注漿實(shí)施注漿壓力和注漿量雙控。

7）盾構(gòu)下穿老海河過(guò)程中，選優(yōu)質(zhì)泡沫對(duì)渣土進(jìn)行改良，確保土壓穩(wěn)定及螺旋機(jī)正常出土，不發(fā)生噴涌。

8）穿越海河范圍內(nèi)使用的管片為多孔（16孔）管片，根據(jù)監(jiān)測(cè)值隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。

9）盾構(gòu)穿越過(guò)程中，對(duì)河堤和河底監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值與推進(jìn)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出盾尾距監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離與沉降值的關(guān)系曲線如圖5，6所示。

圖5 河堤測(cè)點(diǎn)沉降值與盾尾距離變化關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)與施工建議

針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在淤泥質(zhì)土地層穿越老海河河堤（底）前、過(guò)程中采取的沉降措施，得出的盾尾與河堤（底）測(cè)點(diǎn)距離與沉降值的關(guān)系圖，并得出如下結(jié)論。

1）通過(guò)試驗(yàn)段調(diào)整、優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，盾構(gòu)穿越老海河引起的最大沉降值滿足設(shè)計(jì)及河道管理部門(mén)控制指標(biāo)要求。

圖6 河底測(cè)點(diǎn)沉降值與盾尾距離變化關(guān)系

2）盾構(gòu)穿越淤泥質(zhì)土等軟土地層時(shí)，掘進(jìn)速度不是越慢越好，而是在注漿同步到位的前提下，掘進(jìn)速度應(yīng)控制在40～50mm/min，這樣對(duì)地層擾動(dòng)較小，沉降指標(biāo)可控。

3）淤泥質(zhì)土層且開(kāi)挖斷面含有微承壓水地層情況下，盾尾后5環(huán)應(yīng)做好雙液漿“環(huán)箍”，防止同步漿液流失帶動(dòng)地層土體引起附加變形。

4）淤泥質(zhì)土層中盾尾未通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前，盾尾距監(jiān)測(cè)點(diǎn)5～10m時(shí)，地表隆起值較明顯，最大值達(dá)8.7mm；盾尾通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，沉降急劇增大，盾構(gòu)通過(guò)10m后，沉降值基本穩(wěn)定，此種沉降規(guī)律是與其他地層最大不同之處，也要求類(lèi)似地層施工必須做好管片脫出盾尾24h后的二次補(bǔ)漿工作。

本文針對(duì)淤泥質(zhì)地層中盾構(gòu)穿越老海河前、穿越過(guò)程中控制沉降技術(shù)及管理措施進(jìn)行總結(jié)，希望為今后類(lèi)似地層施工提供參考，后續(xù)飽和淤泥質(zhì)粉土、淤泥等地層中盾構(gòu)推進(jìn)引起的沉降控制仍需進(jìn)一步探討及實(shí)踐驗(yàn)證。