地鐵車輛段出入線大盾構小間距超淺埋下穿河流安全施工技術

唐 斌

(中國電力建設集團成都建設投資有限公司，成都 610212)

隨著我國城市地鐵的快速發展，難免遇到特殊條件下的施工技術難題，如城市立交下車站工法選擇及圍護樁施工[1]、高寒地區地鐵防水[2]、富水砂層盾構掘進[3]、盾構隧道近接下穿地下大型結構施工影響[4-5]、盾構下穿運營隧道保護[6]以及重疊隧道盾構下穿高鐵軌道群加固技術[7]等。

城市內河流眾多，必須解決地鐵區間隧道下穿河流施工技術難題。下穿河流多采用泥水平衡盾構進行施工，如南京地鐵3號線泥水平衡盾構下穿秦淮河[8]。但泥水平衡盾構因需泥水分離設備和場地，其造價高。為了降低造價，對于寬度不大的河流，地鐵行業多采用土壓平衡盾構進行下穿施工。

南昌地鐵1號線中山西路站—子固路站盾構區間下穿撫河，采用拆除既有樁基等障礙物、河道范圍施作圍堰排水、設置混凝土板抗浮、深層攪拌樁加固土體以及選擇土壓平衡盾構機和加強掘進控制，盾構順利穿越了撫河[9]。

成都地鐵18號線工程土建4標合江車輛段出入線盾構區間下穿東風渠，出入線隧道與東風渠豎向最小凈距離為4.1 m，而盾構機直徑?8.65 m，為小間距和超淺埋下穿。河床底部淤泥層較厚(1.0 m左右)，大直徑盾構掘進安全風險高，容易冒頂引起涌水事故，而且建成的盾構隧道抗浮也難以滿足要求。因此，解決大盾構小間距超淺埋下穿河流安全施工技術難題有其重要意義。

圖1 出入線盾構區間下穿東風渠

1 依托工程概況

成都地鐵18號線工程土建4標合江車輛段出入線盾構區間下穿東風渠，如圖1所示。下穿處東風渠寬度為25 m，最大水位約2 m，出入線左右盾構隧道穿越影響東風渠的長度約160 m。出入線隧道與東風渠豎向最小凈距離為4.1 m。如果施工方法選擇不當、參數選擇與控制不佳，極易造成河道頂穿，河水涌入隧道內部的嚴重后果，且盾構直徑較大，后期成型隧道極易在強大的浮力作用下上浮，破壞隧道成型質量，施工難度相當大，施工技術要求非常高。

采用2臺鐵建重工研發的ZTE8600型復合式土壓平衡盾構機，進行合江車輛段出入線隧道掘進施工。盾構機直徑?8.65 m，主機不包含螺旋機長度為10.5 m、包含螺旋機長約16.5 m、全長114 m、重 1 100 t。隧道內徑7.5 m，管片厚度40 cm，管片寬度1.8 m。盾構主要穿越中風化泥巖地層，局部穿越中風化砂巖。

2 大盾構小間距下穿河流安全施工技術

2.1 河底隔水層施工

(1)河底淤泥換填。對河床底部1.0 m深度內的淤泥及淤泥質土采用黏土進行換填，充分利用黏土的不透水性形成一輔助防水層，如圖2(a)所示。

(2)隔水層施作。在黏土層上澆筑混凝墊層，然后在河底和兩岸鋪設土工布形成隔水層，如圖2(b)所示。

圖2 河底換填與隔水層施工

圖3 河底抗浮壓板施工

2.2 河底抗浮壓板施工

在土工布隔水層上綁扎鋼筋，如圖3(a)所示。采用C35抗滲性混凝土(抗滲等級P8)，澆筑盾構隧道抗浮壓板，厚度為50 cm，如圖3(b)所示。充分利用混凝土的自防水水性形成最外層的防水層，同時利用澆筑的混凝土板的重量壓住大直徑盾構隧道的管片襯砌結構，從而提高其抗浮的能力。

2.3 盾構掘進參數控制

根據盾構施工經驗，通過對本區間泥巖地層的常規掘進參數的采集和分析總結，針對近距離下穿現在河道的特殊工程環境，對重要參數進行優化改進，最大限度減少土體擾動和沉降損失，通過對穿越前100 m區間掘進試驗的參數調整來對比分析，得出優化后的掘進參數，列于表1中。

表1 盾構掘進參數

2.4 渣土改良

采用以添加泡沫為主、膨潤土為輔的渣土改良工藝，提高渣土和卵石的流動性，達到合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力。改良后的渣土可降低刀盤、螺機的油壓及盾構推力，減小刀盤扭矩，減輕砂卵石地層對盾構設備的磨損，提高掘進速度和設備的使用壽命，防止渣土在皮帶機上打滑，使盾構機達到理想的工作狀態。泡沫溶液的組成為：泡沫添加劑3%、水97%，壓縮空氣90%～95%和泡沫溶液5%～10%。泡沫的添加率按每環管片20%～25%開挖土方量計算，則每環的泡沫注入量原液為80～120 L。膨潤土溶液配比(質量比)為，水∶膨潤土=7.5∶1，即1 m3水加133 kg膨潤土，膨潤土溶液的注入率為每環管片15%的開挖土方量。

2.5 壁后二次保壓注漿

采用水泥砂漿作為同步注漿材料，該漿材具有結石率高、結石體強度高、耐久性和能防止地下水侵蝕的特點。水泥采用42.5抗硫酸硅酸鹽水泥，以提高注漿結石體的耐腐蝕性，使管片處在耐腐蝕注漿結石體的包裹內，減弱地下水對管片混凝土的腐蝕。每方漿液配比列于表2中。

表2 注漿材料配比

其漿液的主要物理力學性能指標：膠凝時間為3～5 h；1 d強度≥0.2 MPa；28 d強度≥2.5 MPa；漿液結石率>95%；漿液稠度8～12 cm；漿液傾析率<5%。現場二次注漿如圖4所示，采用“少量多次” 原則，每環注8個孔，同一環管片按“先拱底再拱腰后拱頂且對稱的方式” 進行注漿，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。通過二次保壓注漿填充管片壁厚空隙，提高盾構隧道圍巖防水能力，增強管片結構的穩定性和控制盾構隧道的沉降等措施，減小下穿河床的沉降量值，避免河床開裂漏水，危及到盾構隧道的安全。

圖4 管片壁后二次注漿

3 技術應用效果分析

3.1 下穿盾構掘進效果

盾構穿越段25 m，掘進速度20～30 mm/min，平均6環/d，3 d完成了下穿盾構掘進工作。采用提出的“大盾構小間距下穿河流安全施工技術”后，盾構掘進減少了對河床土體的擾動，增大了管片間隙填充的飽滿與密實度，將地層損失率降低到1.0%以內，有效減少隧道上方土體的變形沉降，抗浮板沉降的最大值僅為11.76 mm。該技術保證了盾構穩定、均勻、安全的穿越東風渠，達到了安全穿越的預期效果。

3.2 經濟效益分析

(1)河床二次加固費用。本技術的應用避免了河床的二次加固，二次加固需人工6人，每人180元/d，預計鉆孔200根，每根3 m，每孔補漿需耗時1.5 h，20 d完成全部注漿。節省人工費2.4 萬元，節省注漿費用12萬元。

(2)盾構機租賃費用。本技術采用的抗浮壓板提前進行施工，不影響盾構正常掘進，節省工期5 d，盾構機平均每天掘進9 m，盾構機每延米租賃費用1.2萬元。則節省盾構機租賃費用 108萬元。

(3)社會經濟效益。總的經濟效益為122.4萬元，大直徑盾構隧道小間距穿越河流安全施工技術，可最大限度保障原河流，不對原水系造成改變。確保盾構隧道部上浮，對盾構隧道成型質量有較高的保障。

4 結 語

針對成都地鐵18號線合江車輛段出入線大盾構小間距超淺埋下穿東風渠工程，提出了用黏土換填河底的淤泥、施工隔水層和抗浮壓板、控制盾構掘進參數、改良渣土以及壁后二次保壓注漿的綜合措施，建立了地鐵車輛段出入線大盾構小間距超淺埋下穿河流安全施工技術。該技術的成功應用，安全順利地完成了成都地鐵18號線合江車輛段出入線下穿東風渠施工，有效解決了下穿河流安全施工風險問題，提高了盾構隧道管片結構的抗浮能力，產生了良好的社會經濟效益，為今后類似工程提供技術參考。在今后的工作中若遇到同樣的情況，建議做明挖方案和盾構方案進行對比分析(從技術經濟方面)，得出較優的方案。