天津地鐵B1線百環(huán)施工盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)分析

李勝東，霍澤先，王會(huì)剛，代 堅(jiān)，崔廣振，李 碩，鄭紅艷

（中國建筑第六工程局有限公司，天津300451）

土壓平衡盾構(gòu)施工方法由于速度快、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于地鐵隧道建設(shè)中。參數(shù)的選取是盾構(gòu)施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵，本文以天津?yàn)I海新區(qū)淤泥質(zhì)軟土地層為例，選取前100環(huán)作為試驗(yàn)段，不斷修正掘進(jìn)參數(shù)，得出適合于淤泥質(zhì)軟土地層的土壓掘進(jìn)施工參數(shù)。

1 工程概況

天津軌道交通B1線欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，欣嘉園北站始發(fā)、欣嘉園站接收；區(qū)間右線長1 276.580 m，設(shè)置2座聯(lián)絡(luò)通道，一座兼做廢水泵房；區(qū)間平面上有一處曲線，最小半徑為415 m；區(qū)間縱斷面為V形，最大坡度24‰；線路軌面埋深16.0～20.28 m，隧道覆土厚度8.4～14.9 m。

盾構(gòu)隧道襯砌為鋼筋混凝土管片，強(qiáng)度等級(jí)C50、抗?jié)B等級(jí)≥S10，3+2+1模式組合，錯(cuò)縫拼裝。管片寬1 500 mm，厚350 mm，襯砌外徑6 600 mm，內(nèi)徑5 900 mm。見圖1。

圖1 區(qū)間平面布置

區(qū)間結(jié)構(gòu)基底主要位于⑥2-4粉質(zhì)黏土層及⑦粉質(zhì)黏土層，全線約1/2與⑧2粉土局部夾粉砂層接觸，極易引起透水風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)間后期規(guī)劃次干路，在建房建項(xiàng)目距離盾構(gòu)區(qū)間左線外邊緣距離約為16 m。右線隧道外邊緣距離新生活區(qū)板房約20 m。此外，靠近接收端存在一處棚房區(qū)，基礎(chǔ)距離盾構(gòu)頂9.2 m。

2 前100環(huán)施工工況

區(qū)間右線管片總計(jì)851環(huán)管片。前100環(huán)施工段為直線段，均為環(huán)寬1.5 m管片，其中淺埋57環(huán)，中埋43環(huán)，位于17.39‰下坡區(qū)段，覆土厚度10.3 m，盾構(gòu)掘進(jìn)斷面土層主要為⑥2-4淤泥粉質(zhì)黏土、⑥3含黏性土粉砂。具體施工工況如下：

1）2020年8月10日15時(shí)刀盤進(jìn)入加固土體，拼裝5環(huán)負(fù)環(huán)管片（-4～0）；

2）2020年8月11日盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固土體，拼裝5環(huán)管片（1～5）；

3）2020年8月11日管片拼裝完成第4環(huán)后，刀盤距離出加固區(qū)土體約1.3 m，開始進(jìn)行二次注漿封堵洞門；

4）2020年8月13日盾構(gòu)機(jī)盾尾出加固體進(jìn)入土層；

5）2020年8月24日—28日停機(jī)保壓，進(jìn)行負(fù)環(huán)拆除施工；

6）2020年8月31日完成100環(huán)掘進(jìn)及拼裝。

3 主要參數(shù)分析

區(qū)間前100環(huán)最小覆土厚度位于始發(fā)處，為8.8 m，為保證順利安全掘進(jìn)，設(shè)立了150 m（前100環(huán)）的試驗(yàn)段推進(jìn)，采集優(yōu)化各類施工參數(shù)，作為隧道防漏、防浮、防沉等措施的主要參數(shù)[1～2]；此外，通過加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，確保盾構(gòu)安全通過，保證工程的順利完成。

3.1 土壓參數(shù)

在始發(fā)段土壓控制在20～40 kPa，出加固區(qū)進(jìn)入淤泥質(zhì)土層后，土壓控制在100～120 kPa。見圖2。

圖2 欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線百環(huán)土壓參數(shù)

始發(fā)端頭井采用?850 mm@600 mm攪拌樁+?800 mm@600 mm高壓旋噴樁加固，加固范圍為盾構(gòu)區(qū)間上下左右各3 m，加固長度13 m。1～4環(huán)處于端頭井加固區(qū)域內(nèi)，始發(fā)初期，土壓未及時(shí)建立，因此相對(duì)較小；5環(huán)拼裝完成，刀盤進(jìn)入淤泥層后，隨著覆土深度的增大，土壓建立且逐漸穩(wěn)定。

3.2 掘進(jìn)速度

推進(jìn)速度在端頭加固區(qū)內(nèi)較小，出加固區(qū)后逐漸增大。1～4環(huán)速度控制在15～20 mm/min；5環(huán)管片拼裝完成后，為保證地表穩(wěn)定，推進(jìn)速度控制30～50 mm/min。見圖3。

圖3 欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線百環(huán)掘進(jìn)速度

始發(fā)段屬于淺埋地段，考慮到反力架及負(fù)環(huán)的影響，1～4環(huán)盡量減小推力，降低推進(jìn)速度；刀盤進(jìn)入淤泥質(zhì)土層后，由于土質(zhì)松散，端頭土體易發(fā)生失穩(wěn)、地層塌陷等情況，為防止刀盤前段的地表沉降，將掘進(jìn)速度適當(dāng)提高，但不得超過上限。

3.3 盾構(gòu)推力

加固土體內(nèi)盾構(gòu)推力較大，為13 500 kN；5環(huán)拼完，刀盤出加固區(qū)后推力迅速降低且保持在6 000～11 500 kN范圍內(nèi)，較為穩(wěn)定。見圖4。

圖4 欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線百環(huán)盾構(gòu)推力

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取芯檢測(cè)，端頭井加固區(qū)域土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度＞1.0 MPa，滲透系數(shù)＜10-7cm/s[3]，加固效果較好，土體強(qiáng)度高，造成盾構(gòu)推力較大；盾構(gòu)出加固區(qū)域，進(jìn)入淤泥質(zhì)土層，其強(qiáng)度、韌性適中，推力適當(dāng)減小。

3.4 盾構(gòu)扭矩

前4環(huán)刀盤扭矩處于上升狀態(tài)，保持在2 000～2 600 kN·m；刀盤出加固土體進(jìn)入淤泥質(zhì)土層后，扭矩下降，保持在1 000～2 000 kN·m，個(gè)別掘進(jìn)環(huán)數(shù)值有一定突變。見圖5。

圖5 欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線百環(huán)刀盤扭矩

始發(fā)段土體加固區(qū)由于水泥攪拌樁強(qiáng)度較高，刀盤扭矩較大，加入泡沫后，渣土得以改良，扭矩?cái)?shù)值下降；出加固土體進(jìn)入淤泥層后，土層較為穩(wěn)定，刀盤扭矩控制范圍變化較小，排土順暢。由于百環(huán)范圍內(nèi)存在含黏性粉砂地層，造成個(gè)別扭矩突變。

3.5 同步注壓力

同步注漿壓力在百環(huán)范圍內(nèi)波動(dòng)較為穩(wěn)定，注漿壓力保持在150～200 kPa。見圖6。

圖6 欣嘉園站—欣嘉園北站區(qū)間右線百環(huán)同步注漿壓力

盾構(gòu)始發(fā)段土體加固區(qū)覆土埋深較淺，注漿壓力較小；出加固區(qū)后，隨著隧道埋深的增加，注漿壓力逐步上升。

3.6 參數(shù)總結(jié)

百環(huán)施工段掘進(jìn)施工的最佳參數(shù)見表1。

表1 百環(huán)掘進(jìn)參數(shù)

4 實(shí)施效果

通過對(duì)百環(huán)參數(shù)的不斷調(diào)整，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況看，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、管片拼裝質(zhì)量較好，管片水平及垂直偏差小，隧道成型質(zhì)量較好，主要表現(xiàn)如下：

1）地表累計(jì)沉降最大處為第60環(huán)，沉降值為-16.9 mm；隆起最大處為第30環(huán)，隆起值為5.3 mm；累計(jì)變化量都控制在10～-30 mm，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，地面沉降基本趨于穩(wěn)定；

2）對(duì)前100環(huán)管片拼裝質(zhì)量進(jìn)行抽檢，縱向最大環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)5 mm（96環(huán)），徑向最大錯(cuò)臺(tái)4 mm（85環(huán)），滿足規(guī)范要求[4]；

3）對(duì)百環(huán)隧道的平面位置以及軸線高程進(jìn)行了測(cè)量，平面偏差數(shù)值在-15～11 mm，最大水平偏差為第38環(huán)，偏左15 mm；高程偏差數(shù)值在-23～32 mm，最大高程偏差為第3環(huán)，偏上32 mm，隧道軸線水平和高程合格率100%。

5 結(jié)論

1）通過對(duì)加固區(qū)及出加固區(qū)掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化，做到進(jìn)尺量與出土量平衡，減少對(duì)掌子面前方土體的擾動(dòng)，進(jìn)而保持土壓平衡。

2）根據(jù)地表沉降監(jiān)測(cè)及隧道內(nèi)管片滲漏水情況合理進(jìn)行二次注漿，采用注漿量與注漿壓力雙控；此外，掘進(jìn)過程中，須保證注漿量與進(jìn)尺量的平衡，防止盾尾地層空隙填充不密實(shí)。

3）掘進(jìn)過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)實(shí)際操作，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷對(duì)土壓參數(shù)、掘進(jìn)速度、盾構(gòu)推力、刀盤扭矩、同步注漿壓力等進(jìn)行調(diào)整，最大程度減少地層損失。