盾構隧道塑料排水板的處理方法

胡天寶

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

填海造陸是沿海城市緩解土地資源緊張的常見辦法，在由此產生的軟土地基上新建工程之前，往往會使用塑料排水板真空預壓法加固地基[1]。塑料排水板韌性好、耐腐蝕、不易降解，在地下可以使用幾十年，但在加固地基的同時，卻給后續地下盾構施工帶來了阻礙[2]。

盾構機在地下遇到排水板時，排水板會纏繞在刀盤刀具上，遮擋刀盤進土口，降低掘進效率；進入土倉的排水板在土倉中會纏繞成團，堆積成拱狀堵塞螺旋輸送機進土口[3]；施工區域也會因為排水板受到盾構推進擾動而增大地面沉降[4]。為了保證盾構施工的效率和安全，有必要對施工區域內的塑料排水板進行適當處理。現以馬騮洲交通隧道新建工程為例，探討處理塑料排水板的對策。

1 工程概況

該工程位于珠海市南灣城區和橫琴新區，隧道斷面165.1m2，全長約2.8km，圓隧道外徑14.5m，內徑13.3m，采用7塊標準塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊拼接而成的10塊襯砌管片，管片環寬2.0m、厚0.6m。圓隧道最低點底標高約-33.8m，極限沖刷線到隧道最小覆土厚度為6.51m，采用一臺Φ14.93m泥水氣壓平衡盾構機推進。

地基土均為第四紀松散沉積物及中生代燕山期風化花崗巖，主要由人工填土層、海陸交互相、海相沉積的淤泥、淤泥質土、黏土、中粗砂層、花崗巖殘積土和下伏的全風化、強風化、中風化花崗巖構成。排水板位于南岸大堤處和始發段前420m，基本貫穿人工填土層與淤泥土層。地表潛水位在-0.72～3.21m，淺層開挖施工坑內做有組織排水。

橫琴島一帶軟土地基處理常選用塑料排水板真空預壓方式，導致隧址區多處存在塑料排水板。盾構全斷面在隧道南岸岸上段沿推進方向長度切削排水板約396m，隧道南岸大堤處的排水板侵入隧道斷面內約12m，沿推進方向長度約18m；南岸大堤處和始發段前420m的排水板基本貫穿人工填土層與淤泥土層。

針對南岸岸上段和南岸大堤兩處排水板的情況，分別采取不同的處理措施。南岸岸上段首先進行排水板的拔出切割試驗，然后結合拋石開挖、清理開展大面積的排水板預處理工作，最后進行盾構機掘進隧道正常施工，施工流程如圖1所示。南岸大堤段由于排水板埋置深度較南岸段淺并且考慮到對南岸大堤的保護，由設計單位進行變更，調整線路，繞過排水板。

圖1 排水板預處理施工流程圖

2 塑料排水板提前處理措施

2.1 排水板試拔試驗

南岸岸上段排水板普遍存在于地面7m以下，考慮用螺旋鉆對排水板進行試拔。先將地面開挖至6m深，暴露部分排水板。排水板暴露部分長約1m；再將螺旋鉆機固定在排水板附近，鉆桿與排水板間距10cm左右。將排水板暴露部分纏繞固定在鉆桿上，然后鉆桿豎直下鉆，鉆速與鉆桿下降速度匹配，鉆桿鉆至排水板底標高后，緩慢提升，邊提升邊注漿，觀察排水板試拔情況，制訂施工方案，施工流程及設備如圖2所示。

圖2 試拔排水板施工工藝流程及設備

2.2 排水板拔除施工方案

在排水板拔除、切割前，首先對地下拋石進行清理。拋石采用放坡開挖方式清理，清障基坑為細長基坑，深度為11m。采用放坡開挖形式，放坡比例1∶1.5，分2層開挖，分層處設1.5m寬平臺，基坑最寬處約69m；第一層開挖深度為6m，第二層開挖深度約在5m。

開挖清障原則為“分段開挖、分層開挖、流水作業”。將清障開挖基坑分為7個區段，每個區段60m；由南向北，依次分層開挖清障。開挖前需對原有道路、電力隧道及管線進行清除。

第一層挖深6m，兩側按1∶1.5放坡，基坑掘進一側按1∶1.7放坡。待第一層挖出30m的工作面后進行基坑第二層的開挖，基坑兩側各留出1.5m寬的平臺，第二層開挖深度5m，按1∶1.7放坡。在基坑東側南北方向預留10m寬的施工便道，以便螺旋鉆、挖掘機等施工機械進入基坑。便道按1∶5放坡。

此后的開挖工作采用流水作業，第一層、第二層同時施工。待螺旋鉆在第二層完成排水板的處理之后，進行回填并壓實。開挖前需對原有道路、電力隧道及管線進行清除，地面道路在開挖前破除，地下管線在開挖至其標高再進行破除。土方開挖沿南北縱向放坡，基坑開挖至大堤處截止，余下未開挖清障區與大堤清障一并處理。坑底的螺旋鉆等機械設備從填土一側返回地面。

開挖清障完成后進行土方回填，回填土分層進行，分層壓實。對于坑底至盾構切削斷面上4m范圍內采用機拌水泥土加固，水泥摻量10%，土體采用周邊吹填區細沙；對于上部填土采用場拌水泥土加固，水泥摻量8%，土體采用基坑開挖土方。底坑土方回填時東邊預留出一條寬10m的施工便道，按1∶5放坡，以便坑底的螺旋鉆等機械設備在完工后返回地面。

3 盾構推進過程中對排水板的處理措施

3.1 盾構切削試驗

使用Φ1860mm模擬盾構機切削排水板，在實驗室試驗田內挖掘試驗坑段。采用不同的刀具及刀盤布置形式對排水板進行切削，觀察排水板破壞形式，記錄盾構機的出土排渣狀況，以確定最佳的刀具布置方案。

試驗基坑大小為7m×8m，深9m。基坑內布置2個盾構機安裝位，地面配置加壓系統、控制系統、監測系統、泥水循環系統；泥水循環系統所需泥水池容量為50m3。設備所需用電量總容量約100kW，動力電源：交流380V，三相50Hz；控制電源：交流220V，單相50Hz。

為了模擬14.5m盾構刀盤中心部分和刀盤中心及外圈的切削狀態，將試驗盾構的轉速關系設置為中心部分0.45r/min，中環部分1.80r/min，外環部分3.63r/min。考慮不同施工情況下，刀盤對排水板的切削能力不同，設定兩種推進速度，分別為1～3mm/min和4～6mm/min。

試驗工況初步分為3種：采用普通羊角切削刀進行切削試驗、采用海瑞克提供的切削刀進行切削試驗、采用普通羊角切削刀與海瑞克貝殼切削刀高低組合間隔布置方式進行切削試驗。

試驗對推進過程中盾構機的推力、盾構機推進速度、刀盤轉速和扭矩、切削后排水板斷裂情況和土體表面沉降及隆起情況進行監控，并對推進過程中盾構機的推力、推進速度、泥水流量、刀盤轉速及扭矩實時監測，在盾構機刀盤遇到排水板時注意觀察其變化。

最終發現采用普通羊角切削刀與海瑞克貝殼切削刀高低組合間隔布置方式，能有效降低刀盤對排水板的拉拽力，避免刀具拉拽塑料排水板產生孔洞造成地面過大沉降。

3.2 過程監測

排水板拔除之后，使用盾構機進行隧道挖掘，在盾構機掘進至排水板存在區域時應做好以下監測工作。

（1）地表沉降及隆起觀測：采用精密水準儀、鋼尺等儀器進行觀測，每10m設一測點，每天觀測1～2次。如果遇到地表沉降及隆起過大，應調整盾構機注漿壓力。

（2）冒漿監測：由于回填土區域存在通向地表的軟弱面，注漿時漿液極易沿該面冒漿，應做好監測工作，發現冒漿應及時減慢推進速度或停止推進，并采取補加固措施。

4 結束語

為了處理土體中掩埋的排水板，珠海市馬騮洲交通隧道新建工程在盾構作業前，先進行排水板拔出切割試驗，再制訂開挖基坑清障、螺旋鉆機拔出排水板的具體施工方案。同時，在實驗室進行了盾構切削試驗，確定了刀盤組合布置方式后，再使用盾構機地下掘進，取得了良好的效果。排水板基本都被預處理拔出，盾構推進順利。這些處理塑料排水板的方法可以為其他類似工程提供參考。