土壓平衡盾構下穿如意湖施工技術控制

崔現慧

摘 要：盾構下穿城市河流湖泊具有較高的風險性。鄭州地鐵4號線下穿會展中心如意湖為富水砂層，如意湖水位較深為較大風險源。為保證地表安全、將沉降控制在要求范圍以內，同時又要防止盾構掘進噴涌等情況的發生，本論文主要對盾構機下穿湖泊過程中需要采取的一些技術措施和掘進參數的調整優化，以保證盾構機能安全順利下穿如意湖。

關鍵詞：富水砂層;下穿湖泊;盾構機控制措施;城市地鐵

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0092-02

0引言

如意湖北站～會展中心站區間長度和穿越水域長度均為鄭州軌道交通開建以來最長，水壓最大、地質條件復雜、施工區域敏感、風險高的典型案例。本文針對工程特點，總結施工經驗，提煉土壓平衡盾構機“高水壓”穿越如意湖水域的控制措施和要點，確保盾構在穿越類似工程中的安全順利。

1 工程概況

1.1工程簡介

如意湖北站～會展中心站自會展中心北端盾構井始發下穿如意湖至如意湖北站南端盾構井接收;左線長度1097.132m（含短鏈6.392m），右線長度1112.324m。區間設置1座聯絡通道兼泵房。

區間最小曲線半徑為400m。線路縱坡設計為“V”型坡，坡度為26.4‰。線路走向具體見圖1所示。

1.2隧道設計概況

區間隧道管片外徑6.2米，內徑5.5米，襯砌管片分為3塊標準管片（A1、A2、A3），兩塊鄰接管片（B1、B2），1塊封頂管片（K型）。標準襯砌環環寬為1.5m。管片采用C50防水混凝土，抗滲等級P12。盾構管片設計為錯縫拼裝。管片類型為通用型襯砌形式。

1.3工程水文地質情況

1.3.1工程地質概況

區間地層從上而下為①1層雜填土、②31層粘質粉土、②32層粘質粉土、②33層粘質粉土、②22層粉質黏土、②34層粘質粉土、②41層粉砂、②51層細砂、③24層粉質黏土、③25D層細砂。

區間隧道下穿如意湖處埋深為14.429～15.247m，盾構區間下穿如意湖位置主要地層為②51層細砂。本區間隧道地質情況見圖2所示。

1.3.2工程水文概況

本區間施工場地附近區域內地表水系較為發育，如意湖連接環繞鄭州的東風渠，水源豐富。根據地下水含水空間介質和水理、水動力特征及賦存條件，可分為潛水、微承壓水兩種類型。

2盾構穿越前準備工作

2.1試驗段設置

為總結盾構穿越如意湖段合理的施工參數和控制措施，在盾構通過如意湖前100米設置試驗段，從以下幾個方面進行了試驗研究：（1）研究鄭州細砂層透水性以確定實際掘進保壓參數;（2）研究掘進參數對地表隆起和沉降變形的影響及正常掘進改良措施;（3）摸索盾構機刀盤不同開口率在鄭州地質條件的適應情況及參數調整;（4）通過本段施工，加強對地面變形情況的監測分析，掌握盾構推進參數及同步注漿的量，研究不同地質條件下砂漿的注入參數對隆起和沉降的影響[1]。

2.2技術準備

（1）如意湖為人湖，通過向如意湖修建單位詳細了解如意湖的湖底、混凝土擋墻及漿砌石擋墻的結構形式等，為項目穿越如意湖過程中方案編制、主要參數確定、設計完善、工藝改進、輔助措施的制定等提供第一手準確資料;（2）盾構機到達如意湖前人工復測湖底實際標高及湖水深度，根據隧道實際覆土層的厚度通過朗肯土壓力計算公式，確定盾構穿越如意湖所需的土壓力，從而以避免欠壓掘進造成超挖或土倉壓力設置過高造成湖底開裂及湖面冒漿的現象發生。

2.3設備維修保養

在到如意湖前對盾構機進行一次全面維修和保養，檢修好盾構機及配套設備的各系統零部件，確保性能完好，切忌在風險源附近停機，保證盾構機快速穿越風險源。

3穿越過程控制措施

3.1盾構掘進參數及調整

3.1.1土倉壓力

穿越段覆土厚度15.87～16.7m，最大水深約為10m，根據公式P=K0（γh+q）計算土倉壓力為2.2～2.6bar（隧道頂埋深25.58～26.2m，含湖水深度），施工過程中，根據掌子面靜壓力及螺旋機出渣量及時調整土倉壓力和掘進速度，以防止掌子面失穩導致湖底擊穿或下沉。

3.1.2嚴格控制盾構糾偏量和掘進速度

為保證盾構機姿態和管片姿態良好，切忌在穿越湖底過程中對盾構機和管片姿態進行急速糾偏，以防止管片大面積破損和卡盾帶來的涌水涌砂。結合鄭州地鐵5號線盾構在細砂層中施工經驗，在盾構穿越的過程中，盾構姿態變化不可過大、過頻，嚴格控制分區油缸壓差;推進速度控制在30～40mm/min，確保盾構施工安全。

3.1.3推力

由于穿越地層為粉細砂層，埋深較深，盾構機掘進過程中千斤頂推力偏大，推力控制在2200～2500T左右，注意調節推力的變化，即防止盾構機推力不足超挖，又要防止推力過大湖底隆起。

3.1.4同步注漿

同步注漿壓力控制為1.1～1.2倍的靜止土壓，注漿量為理論注漿量的1.5～2.5倍。

按照：Q=V×λ

式中：λ—注漿率（取1.5～2.5，曲線地段及砂性地層段取較大值，其它地段根據實際情況選定）

V—盾尾建筑空隙（m3）

V=π×（6.372-6.22）/4×1.5=2.66m3;

則：Q=3.99～6.65m3/環;