富水砂卵石層土壓平衡盾構下穿污水干管技術

孫繼東

1 工程概述

1.1 工程概況

成都地鐵1號線倪家橋站—省體育館站右線盾構區間，在YDK12+069.509～YDK12+144.085段(74.576 m)與φ 1 200 mm污水干管小角度斜交。該段隧道埋深約8.2 m，主要位于人民南路輔道、花壇、人行道下。污水干管管底埋深約6.5 m，管底距離隧道頂部距離為1.608 m～1.687 m。

1.2 地質條件

下穿污水干管段盾構隧道主要穿越稍密卵石土、中密卵石土地層，地下水位位于隧道頂部以上1.8 m。卵石土至地表分布有粉質黏土與雜填土。

1.3 污水干管形式

此污水管為成都市污水排放主干管，日流量約10萬t，帶壓運行。污水管管徑為1 200 mm、壁厚100mm，每節長度為2000 mm，以平口形式相接。接口采用水泥砂漿封堵，砂漿內埋入20號10×10鍍鋅鐵絲網，鐵絲網埋入封堵砂漿內的深度為150 mm。污水管線基礎為180°帶形混凝土基礎(如圖1所示)。

2 工程分析

砂卵石地層的基本特征是結構松散、無膠結，呈大小不等的顆粒狀，卵石空隙多被中、粗砂充填。一旦被開挖，就很容易破壞原來的相對平衡狀態，使開挖面失去約束而失穩，是一種典型的力學不穩定地層。盾構在其富水飽和狀態下掘進施工，開挖面更容易產生涌水、涌砂，若控制不力將會發生開挖面失穩、地表坍塌的重大事故。同時，盾構下穿污水干管距離長(74.576 m)、間距小(垂直凈距1.608 m～1.687 m)，下穿段又位于交通密集的人民南路上，一旦發生污水爆管，后果不可想象。因此，施工風險極大。為確保萬無一失，盾構下穿污水干管總體施工思路是:盾構穿越前對地層與污水管進行注漿預加固;穿越施工中做好盾構掘進綜合控制，確保盾構“連續、平穩、快速”推進;盾構穿越后參照監控量測及時進行地表跟蹤注漿，確保盾構下穿污水干管的最終安全。

3 下穿污水干管施工技術

3.1 盾構通過前的預加固措施

在盾構穿越前采用地質雷達對過污水管段地層進行探測，并對可疑點進行了鉆孔注漿預加固。

預加固采用φ 42鋼花管水泥漿液注漿，水灰比為1∶1，最大注漿壓力控制在1.5 MPa左右。通過鉆孔注漿預加固，我們得出“密實砂卵石地層在未被擾動的情況下漿液可注性差”這一結論。

3.2 盾構掘進綜合控制技術

3.2.1 確保盾構機穿越時的良好工作狀態

為使盾構機在下穿污水干管施工中能始終保持良好的工作狀態、“連續”作業，在地質條件較好的YDK12+175處，停機帶壓進倉，對刀盤、刀具進行檢查，并對磨損的刀具進行更換，同時，對盾構機及其配套設備進行全面的維修保養，避免故障停機。

3.2.2 盾構掘進控制

1)掘進模式、土倉壓力。盾構下穿污水干管施工必須采用使開挖卵石土充滿土倉的土壓平衡模式，嚴禁欠土壓平衡模式推進。必須使排土量與開挖土量相平衡、適當保持土倉壓力，以確保開挖面穩定和有效控制地表變形。本次盾構下穿污水干管施工土倉內上部壓力保持在0.06 MPa～0.07 MPa，通過調整掘進速度和螺旋輸送機的轉速，保證土倉壓力的穩定。2)碴土改良。為確保盾構過污水管段施工安全，必須通過碴土改良，使盾構切削下來的碴土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，本次盾構下穿污水干管施工采用在加膨潤土漿液基礎上注入泡沫劑，其效果比單獨改良有很大改善。每環泡沫劑用量控制在40 kg左右，膨潤土泥漿約6 m3，碴土改良效果較好。3)盾構姿態控制。在盾構下穿施工時必須采取有效措施控制盾構掘進姿態，減少盾構姿態的調整。4)刀盤轉速與盾構推進速度。a.降低刀盤轉速，減小與卵石的碰撞沖擊，減少對土體的擾動，避免大的波動。b.盾構推進速度控制在50 mm/min～60 mm/min，保證刀盤對土體的充分掘削，減小對正面土體的擠壓，并在施工中結合監測數據進行微調，避免速度突變對地層造成沖擊擾動。5)碴土排出量控制。盾構掘進過程中出碴量控制通過推進速度與螺旋輸送機轉速來實現。6)同步注漿與二次注漿。為保證同步注漿質量，應進行注漿量與注漿壓力雙控，并以壓力控制為主。盾構下穿施工平均每環注漿量為6.6 m3，個別地段注漿量達到 10 m3，注漿壓力控制在0.25 MPa左右。

盾構通過后及時利用管片上預留的注漿孔進行二次補充注漿，漿液采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿、水玻璃體積比為1∶1，水泥采用 P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為 1∶1，注漿壓力不低于0.3 MPa。

3.3 地表跟蹤注漿

跟蹤注漿采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比1∶1，水玻璃波美度 20 Be′～30 Be′，水泥漿—水玻璃體積比 1∶1，注漿壓力0.6 MPa～1.0 MPa。根據地表沉降監測情況，在盾構機盾尾每通過一根預埋跟蹤注漿管約2 m～3 m時進行跟蹤注漿。

4 監控量測

4.1 監測內容及結果

1)地表沉降。地表沉降測點分別布置在污水管中線和隧道中線上，按間距5.0 m布置。從監測結果看，一般沉降值在7 mm～12 mm范圍內，隧道中線地表最大沉降值為-17.64 mm，污水管中線地表最大沉降值為-14.4 mm，均未超出控制值，后期受地表跟蹤注漿影響，部分測點隆起。2)土體垂直位移。沿污水管走向輪廓外0.6 m，在靠管隧道一側，每隔10.0 m布置一個土體分層沉降孔，孔底距離隧道結構頂約1.0 m。在盾構接近測孔時，深層土體有少量變形，盾構經過及盾尾脫出時變形較大，直至盾構通過后20 m左右，變形趨于穩定。最大變形為-22.22 mm。

4.2 監測頻率

按管理等級確定監測頻率，當監測值小于預警值時，監測頻率按 2次/d;當監測值在預警值和控制值之間時，3次/d～4次/d;當監測值大于控制值時，應暫停施工，采取加固措施，4次/d～6次/d。

5 結語

1)盾構穿越前應對建(構)筑物進行較為詳細的調查、準確分析其與盾構施工的相互影響，采用合適工藝對地層及建(構)筑物進行預加固。這是保證盾構安全、順利穿越的前提條件。2)以“連續、平穩、快速”推進為目標的盾構掘進綜合控制是確保盾構安全穿越建(構)筑物的最根本的保障。3)盾構穿越過后的及時跟蹤注漿對于確保建(構)筑物安全是非常必要，也是非常有效的。4)對于富水砂卵石地層，跟蹤注漿是對同步注漿的有力補充，也應以填充注漿為主，必要時才適當加大注漿壓力進行地層加固與建(構)筑物糾偏，但應做好注漿壓力控制，避免注漿的破壞作用。5)盾構在砂卵石地層中掘進所引起的地表沉降(陷)具有明顯的滯后性，因此盾構穿越重要建(構)筑物施工應適當增設土體深層監測點，以增強監控量測對盾構掘進的指導作用。

[1] GB 50446-2008，盾構法隧道施工與驗收規范[S].

[2] 楊書江.土壓平衡盾構近距離穿越污水管施工技術[A].第五屆中日盾構法隧道技術交流會論文集[C].成都:西南交通大學出版社，2009.

[3] 陳 饋，洪開榮，吳學松.盾構施工技術[M].北京:人民交通出版社，2009.