盾構下穿河流砂卵石地層的施工技術研究

呂貽坤

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程概況

地鐵項目在人民北路站-西北橋站區間盾構下穿府河，區間隧道設計起終點里程范圍分別為ZDK27+901.203～ZDK2 8+988.852、YDK27+901.203～YDK28+988.851，左線全長為1 087.811 m（長鏈0.162 m），右線全長為1 087.648 m，區間在ZDK28+390.695（YDK28+390.000）處設置1座聯絡通道，通道長為5.66 m，通道頂部距地面埋深為14.8 m，位于隧道中部。

2 難點分析

根據鉆孔揭示可知，區間盾構下穿府河段的地層主要包括＜2-9-2＞稍密卵石、＜2-9-3＞中密卵石、＜2-9-4＞密實卵石等，盾構隧道洞身主要穿越＜2-9-3＞中密卵石土。結合工程特點和實際地質情況分析盾構下穿府河應著重防止地面建筑物塌陷、噴涌、涌砂和穿越卵石層時刀盤被卡等情況發生。

3 施工工藝及流程

3.1 加固措施

（1）豎向大管棚加固。

在盾構下穿前，西北橋兩側橋臺外側地面分別打設兩排Ф159×8 mm@0.4 m管棚（先預注漿再插入鋼筋，挑選管棚注漿，間隔三根選一根）約束橋梁的水平位移，管棚長約14.5 m，底部伸入基礎底2 m，管棚內插入三根直徑20 mm鋼筋，管內灌注水泥漿。管棚實施時需對影響范圍內的管線進行核查，確保管棚打設位置，并避開重要管線，管棚間距可根據管線進行適當微調。

（2）圍堰。

為了滿足橋洞混凝土套拱施工，需對處理圍堰，根據設計及產權單位意見，將圍堰施工分為兩期進行，自西向東依次對橋洞進行圍堰施工作業。

①圍堰形式及斷面。現狀府河上游流量較大，且不可斷流，分為兩次圍堰施工，斷面采用上口寬為4 m、下口寬為5 m、高3.5 m；圍堰采用編制袋裝土（25 袋/m3）碼邊（寬1 m）、中間作黏土心墻的圍堰形式。由于現場無法取土，圍堰土采取外進黏土，由人工現場裝袋轉運100 m后下河圍堰。

②圍堰施工。圍堰施工中應注意，圍堰軸線應放置準確，尤其是縱向圍堰。草袋碼放須準確到位，注意錯縫搭接，均勻收坡。填土選擇透水性小的黃黏土，同時夯填必須及時跟進，夯至密實。

③排水。每期圍堰完畢后，使用Ф150潛水泵逐次抽去圍堰內的積水，在圍堰范圍內設置3座集水井（圍堰上游2個集水井、下游1個集水井），集水井為圓形，頂面直徑2.0 m，井底標高低于圍堰底1.5 m，每個集水井設置1臺Ф150潛水泵，24 h不間斷排出滲水，預計每處施工點的抽水臺班數量為135個。

④下河馬道。在一、二期圍堰范圍的上游及下游，設置下河馬道，馬道由場外進建渣填筑，馬道土填筑尺寸25 m長、高4.5 m、寬5 m，圍堰拆除時一并開挖外棄。

⑤河道淤泥。圍堰施工完畢后，開始進行橋梁下清淤工作，清淤至河床底50 cm處，疏掏采用機械挖掘上岸集中堆放，再裝車外棄。

⑥圍堰拆除。西北橋施工完畢后可拆除圍堰，圍堰拆除仍采用退行清除辦法，拆除的圍堰集中堆放后裝車外棄。清淤和拆除圍堰過程中保持現場整潔，每日安排人員對施工現場及周邊進行清掃保潔，保證施工中不污染周圍環境。

⑦河堤拆除及恢復。因管道施工原府河條石河堤需拆除，上下游及左右岸各6 m，拆除后建渣全部外棄，恢復河堤按原結構恢復。

（3）預留注漿孔。

在混凝土支撐結構施工前，對中間橋墩基底預埋袖閥管，管徑52 mm，注漿管長約6.2～6.8 m，預注漿管沿橋墩方向間距2 m單排布設。根據智能監控系統實時反饋的西北橋沉降值，對橋墩基礎進行注漿，進而控制橋墩沉降。

①鉆進成孔。待河底清淤完成后，進行鉆孔施工，鉆孔采用潛孔鉆機。成孔自檢合格后，通知監理進行成孔驗收，檢驗合格后鉆機移至下一樁位。

②插入袖閥管。成孔后應及時插入注漿袖閥管，袖閥管底部采用底蓋封堵，頂部采用封頂塊封堵，預防渣土等雜物進入袖閥管。河道底板鋼筋混凝土施工時，將袖閥管接長至水面以上，預留跟蹤注漿條件。下管時順著孔中心位置向下放，袖閥管下方4 m采用帶孔袖閥管，上部采用不帶孔袖閥管，嚴格控制注漿范圍[1]。

③澆筑套殼料。下部設注漿孔段套殼料用細沙和1∶1水泥漿液混合砂漿料填充，根據施工情況可調整配合比，保證充填料脆性、自穩性。該段套殼在注漿時，受破碎而開環，使灌漿漿液在灌漿段范圍內進入地層，達到單向注漿不回流的目的。

④跟蹤注漿。

結合智能監測系統反饋數據對橋墩進行注漿加固。水泥漿液水灰比為1∶1，注漿時需要先開環，通過注漿壓力使漿液進入地層。注漿壓力到達0.3～0.4 MPa或智能檢測系統反饋橋墩停止沉降時，注漿結束。注漿過程應多觀察周邊管線井、河堤及水面，若發現河堤隆起或管線井漏漿或水面呈漿液色時，應立即停止注漿，洗孔留待下次注漿時使用。

3.2 掘進控制措施

（1）掘進參數選取。

盾構隧道通過府河段先掘進施工左線，再掘進施工右線。左線盾構掘進過程中，根據實際地質情況適當調整掘進參數，為右線盾構通過府河提供指導性掘進參數[2]。

（2）出土量控制。

盾構出土量采取體積與質量雙控的模式進行管理，盾構施工時，應及時監測料倉內的渣量和壓力，如有異常，應及時調整參數，并通知地面作業人員。

①在盾構掘進過程中，需要匹配出料速度和掘進速度。

②在盾構掘進過程中，應對出渣量進行過程控制，按照理論計算每掘進約32 cm即出1斗渣土，出土量約11 m3，渣土重約33 t，以此為標準，檢查推進過程中是否有超挖或出渣過多的情況，如出渣過量，應及時調整推進參數和螺旋機出渣速度。

③盾構施工過程中，應避免發生噴涌情況，若發生噴涌，難以控制出渣量，易造成超挖。

（3）渣土改良。

泡沫：濃度控制在1%～3%之間，發泡倍率應控制在4～6之間，生成泡沫流量控制在100～200 mL/min之間。主要根據刀盤的扭矩、千斤頂的推力、實際出土的情況三項參數，調整泡沫系統的參數，當觀察到出土的含水量過高或出土較干時，應立即調整泡沫的注入量。

膨潤土：膨潤土應充分膨化后使用，長時間停機向土倉內、盾尾分別注入6、3 m3，盾構復推過程中，利用膨潤土泵單獨向土倉內注入膨潤土，以改良渣土狀態。

（4）同步注漿控制。

砂卵石地層有較強的透水性，需要針對管片的施工縫隙進行填充防水，填充使用的漿液比應根據實際地質情況進行試驗分析確定，初凝時間應＜6 h。在儲漿罐內不可清理管道內的砂漿，在隧道內不可向砂漿中加水，不可將無水泥砂漿混合進洞使用；應保證注漿充足供應，并應避免注漿過量，導致漿液進入刀盤；注漿壓力控制在0.3 MPa左右；保證注漿管和護尾管暢通，有問題及時反映給值班工程人員。

（5）姿態控制。

盾構過府河段，應保持盾構機掘進姿態，水平和垂直角度的偏差允許控制在3 cm，如超出偏差允許，應立即進行調整，糾偏操作應逐步緩慢。

（6）盾尾密封管理。

保證盾構始發前第一次油脂的涂抹質量；保證油脂質量及施工中盾尾油脂量和壓力；控制同步注漿壓力，避免漿液擊穿盾尾刷；保證管片拼裝質量，防止管片拼裝變形和管片錯臺后，使盾尾密封無法緊密包裹整環管片，形成滲漏通道；盾構施工人員應進行盾尾油脂注入和盾尾密封管理交底，保證盾尾油脂足量注入和盾尾密封良好。

（7）鉸接密封管理。

鉸接屬于活動連接，盾構掘進糾偏，使鉸接經常性反復運動，可能造成部分損壞或磨損，應對鉸接進行全面檢查，對存在磨損的部件進行更換。在掘進過程中，應避免緊急糾偏，減少鉸接的磨損。

為了保證密封效果，在掘進時，控制鉸接伸出長度，控制在20～100 mm之內，若超出100 mm，應立即手動調節，使鉸接有效縮回。

鉸接密封效果與盾構機和管片姿態有關，糾偏過急和管片姿態較差，會造成鉸接伸出量差別大，易擠壓鉸接密封裝置。在掘進時，應控制好盾構姿態，避免出現頻繁糾偏和緊急糾偏情況。

3.3 二次補注漿控制

在盾構通過段影響范圍內的管片上增設注漿孔，根據地質及掘進情況，盾構通過后，從洞內對隧道周圍土體進行二次注漿，加固土體。注漿位置不宜距離盾尾過近，避免漿液竄至土倉內形成泥餅，一般距離盾尾6 m位置。二次注漿采用單液漿，注漿材料采用1∶1普通硅酸鹽水泥進行配比，注漿壓力控制在0.3 MPa之間，注漿壓力需要根據實際地質情況、地面監測情況及時進行適當調整，并控制穩壓時間不少于30 min。

3.4 管片拼裝及選型

在盾構掘進過程中，值班工程人員應根據盾構機姿態、盾尾間隙、油缸行程等，做好管片選型工作，管片供應嚴格按指令供應合格管片。管片采用錯縫拼裝，為先下后上、先縱后環、左右交叉、縱向插入、封頂成環工藝。

4 結語

綜上所述，隨著盾構法技術的不斷成熟，越來越多的地鐵項目采用盾構施工，由于地鐵建設施工面臨的環境和地質復雜多變，尤其在盾構隧道施工中，穿越密卵石土等地質情況時，易引發刀盤被卡、地陷等事故發生。針對可能存在的建筑物塌陷、噴涌、涌砂和穿越卵石層時刀盤被卡等主要風險點提出了加固、掘進過程控制、二次注漿加固等施工技術措施。