復雜條件下盾構下穿珠江前航道施工控制研究

陳 剛

（中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250000）

1 工程概況

直徑8.8m 土壓平衡盾構長距離穿越珠江前航道，地層裂隙水較豐富，且隧道曲線為半徑600m 的S 彎曲線，掘進過程中會出現螺旋輸送機渣土大量噴涌、管片上浮錯臺超限和壁后同步注漿流失導致管片漏水等問題出現。盾構區間左線下穿珠江段里程為ZDK55+715.42～ZDK57+111.91，區 間 右線下 穿珠江段里程為YDK55+668.02～YDK57+119.34，過江段長度約1 600m。區間左、右線主要穿越地層為中風化、微風化泥質粉砂巖、微風化礫巖，線路最小轉彎半徑R=600m，最大縱坡15‰，隧道拱頂最大埋深25.5m。其中左線里程為ZDK56+600～ZDK56+626.3、區間右線里程YDK56+627.0～YDK56+690.0 范圍內側穿獵德大橋，橋樁為直徑2500mm 的鉆孔灌注樁，隧道管片與橋樁的凈距為6.02～11.95m。

2 施工重難點

1）過江施工，地層水壓大，盾構螺旋輸送機出渣易發生噴涌。

2）盾構長距離穿江，600m 小半徑S 彎，管片易出現錯臺。

3）過江段地層裂隙水較為豐富，水壓較大，保證管片背后同步注漿填充飽滿密實和防止管片上浮是一個重難點。

3 施工過程控制及主要技術措施

盾構施工過程中，掘進參數的設定是盾構掘進施工安全、地層沉降控制得以保證的前提。盾構穿越珠江段時，必須加強盾構姿態的控制和掘進參數的調整，密切關注各項參數變化，如出現異常，及時反饋、調整。為確保掘進參數的準確，結合區間地址詳勘報告、類似盾構施工經驗和自身施工實例，對盾構掘進參數進行了計算和選取。

3.1 防止盾構螺旋輸送機噴涌控制

在軟巖掘進過程中，現廣泛認同的掘進方式為半倉推進氣壓輔助模式。在富水量較大的地層中，由于土倉存渣較少，地層匯水至土倉很容易造成螺旋輸送機噴涌，大量的噴涌會造成土倉瞬間失壓、盾尾累積大量泥渣，對掘進施工中土壓保持、文明施工會造成重大影響，制約掘進連續性，因此螺旋輸送機噴涌必須要得到有效解決。控制措施如下。

1）在下穿珠江過程中，為保證掘進掌子面穩定，需要合理設置土壓力，由于開挖面水土壓力與隧道覆土深度、地質條件變化而時刻變化，因此土壓力控制是一種動態管理，在掘進過程中需對開挖面土壓力進行嚴格監控，通過手動控制，保證壓力控制值在設定值±5%范圍內。通過對盾體上觀察孔倉位檢查可粗略估算地層中匯水量，結合地層埋深合理調整停機過程中土倉壓力，依靠氣壓將土倉中積水排出。

2）掘進停止前10～15cm 根據倉位情況可進行原狀土填倉，保證土倉停機匯水可與原狀土相互混合，使下次推進時渣土不會過稀，造成噴涌。

3）在長時間停機過程中向土倉中注入半倉以上高粘度膨潤土可有效防止復推時噴涌。根據倉位情況，復推過程中可先進行土倉放水。

4）利用點位交錯，2～3 環管片施做1 道止水環箍，并且每隔20～30 環施做一道止水環箍（依據現場實際情況，酌情考慮），封閉管片壁后水道連通。施做止水環過程中需底部開孔引流。

5）協調好現場其他施工步序，保證盾構施工連續性，避免長時間停機。

3.2 掘進速度和刀盤轉速控制

盾構穿越珠江段，掌子面地層主要以＜8-3＞中風化泥質粉砂巖和＜9-3＞微風化泥質粉砂巖為主，局部存在＜8-1＞中風化礫巖。每環對掘進渣樣進行分析，防止地層突變、強度變大對刀具和刀盤造成傷害，掘進速度和刀盤轉速動態管理。

3.3 同步注漿控制

1）每噸同步注漿的漿液配比為：水∶水泥∶細砂∶膨潤土∶粉煤灰=320kg∶95kg∶ 570kg∶65kg∶270kg。

2）同步注漿速度應與掘進速度相匹配，按盾構每完成1 環1 600mm 掘進的時間內完成該環注漿量來確定其平均注漿速度。

3）采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準（即雙控），即當注漿壓力達到設定值，注漿量達到設計值的85%以上時，即可認為達到了質量要求。

4）掘進過程中對脫出盾尾管片進行開孔檢查，檢查漿液密實程度。若在連續的檢查中發現密實程度差，漿液流失嚴重，可在同步注漿泵引出1～2 根同步注漿管用于管片脫出盾尾的補漿，同步注漿方量適量減少用于補漿。

3.4 二次注漿及止水環施做控制

1）漿液配比 水泥漿采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比為1 ∶1；水玻璃采用波美度38的溶液與水按1 ∶1 進行稀釋。注入時水泥漿與水玻璃體積比為水泥漿：水玻璃=4 ∶1。漿液密度為1.44g/cm3，凝結時間為20～48s。

2）二次注漿控制標準 注漿壓力達到0.4～0.5MPa；注漿量達到設計注漿量，注漿效果達到注漿的目的；當發現管片有明顯變形，應停止注漿；根據管片上浮及開孔檢查情況，優先進行隧道頂部注入填充，底部進行開孔放水引流。

3）止水環控制標準 利用點位交錯，2～3 環管片施做1 道止水環箍，每隔20～30 環施做一道止水環箍（依據現場實際情況，酌情考慮），封閉管片壁后水道連通。同時根據現場實際情況及監測結果，及時進行二次注漿，以彌補同步注漿的不足。

3.5 盾構姿態及管片拼裝控制

在盾構穿越的過程中盡可能勻速推進，嚴格控制掘進速度，盾構姿態變化不可過大、過頻，控制每環的糾偏量不大于6mm，以減少盾構施工對地層的影響。具體盾構掘進方向控制及糾偏注意事項如下。

1）盾構提前進入S 彎緩圓曲線線左（右）30～40mm 掘進。

2）掘進過程中同時注意鉸接油缸行程、鉸接密封檢查及盾尾間隙。將盾構調整到良好的狀態，并且保持良好姿態穿越珠江。

3）曲線段掘進過程中調整好分區壓力，保證盾構以均勻、平緩的姿態沿曲線半徑掘進。糾偏不宜過大、過快，及時檢查千斤頂油缸及管片是否出現破損。

4）盾構掘進方向控制極其重要，應按照有關技術要求，做好測量定位工作，每30 環對盾構姿態進行人工復測。

5）盾構掘進完成后，處于拼裝狀態時，千斤頂的收縮會引起盾構的微量后退，因此在盾構推進結束之后不要立即拼裝，等待幾分鐘后，待周圍土體與盾構固結在一起后再進行千斤頂回縮，回縮千斤頂數量盡可能少，滿足管片拼裝要求即可。在拼裝的過程中，操作手拼裝盡量柔和，防止管片之間劇烈碰撞而損壞管片及止水條。

3.6 施工監測

施工監測主要有成型隧道姿態監測。通過監測布設于隧道周邊上的兩個監測點之間的距離，求出與上次量測值之間的變化量即為此處兩監測點方向的凈空變化值。讀數時進行3 次，然后取其平均值。根據地質特性，江底地層穩固性較好，對于江面監測主要以巡查有無旋渦、氣泡為主。

4 結語

盾構下穿珠江風險很高，為保障施工安全和施工質量，對現場施工參數把控、流程把控管理精細，做到預防事故發生，施工平穩有序的進行。現場測量監控及時、細致，安全和質量把控到位。