盾構過河到達施工技術

劉 坤

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

盾構施工在始發及到達2個工序中，存在較大的安全風險。在無錫地鐵1號線15標高浪路站—蘇錫路站區間掘進過程中，臨近蘇錫路站14.5～18 m處下穿麗觀河，該接收井盾構施工均屬淺覆土盾構過河到達，施工安全風險較大。

針對盾構過河及到達施工風險控制問題，大量管理及技術人員作了很多探討，如:文獻［1－5］對不同地質淺覆土情況下盾構施工技術風險進行了分析;文獻［6－7］對土體改良及加固作了詳細分析;文獻［8－10］對盾構施工過程中的技術控制要點及風險進行了介紹。本文即在借鑒以上研究成果的基礎上，針對盾構過河后到達這一特殊條件下的各種施工風險進行了全面的分析，并根據現場地質、水文條件，并結合盾構機本身的性能制定了一系列的技術措施，確保盾構過河后安全到達。

1 工程概況

1.1 河道與區間相對位置關系

根據區間設計圖紙及項目部對所轄范圍內的區間重要構建筑物調查，無錫地鐵1號線高浪路站—蘇錫路站區間在距蘇錫路站接收井約14.5～18 m處下穿麗觀河。區間與麗觀河關系如圖1所示。

圖1 區間與麗觀河位置關系圖Fig.1 Relationship between tunnel section and Liguan River

高—蘇區間共860環，區間右線在830～845環下穿麗觀河，左線在833～848環下穿麗觀河。

1.2 地質概況

經現場檢查，麗觀河河底淤泥量較少，河底土質堅實，該段隧道上半部分為③3粉土夾粉質黏土層，下半部分為④層粉砂層及⑤1淤泥質粉質黏土層。

盾構區間下穿河道處主要土層物理力學性能指標如表1所示。

表1 盾構區間地質情況表Table 1 Geological conditions of the tunnel section

1.3 水文地質概況

根據蘇錫路站地質資料，蘇錫路站主要地下水如表2所示。

表2 地下水作用評價表Table 2 Effects of groundwater

2 淺覆土水下盾構到達施工難點

當盾構機推進至位于河底時，覆土深度約5.6 m，給盾構的推進帶來較大的風險，集中體現在4個方面。

1)淺覆土易產生冒頂通透水流的危險。主要受覆土厚度及隧道頂部及周邊地質條件影響，盾構在推進過程中，如土壓設置過高、出土量較小、注漿量偏大、注漿壓力偏大則會引起河底隆起，可能導致河底部原狀土體表面開裂，引起河水倒灌;如土壓設置過低、出土量過大、注漿量不足、注漿壓力偏大則會造成橋梁沉降過大，影響橋梁本身安全。

2)隧道上浮。在水下淺覆土中盾構掘進，上下受到的力不均衡，盾構姿態上揚壓坡困難，隧道上浮軸線難以控制。拼裝完成的管片脫出盾尾后，由于上部壓載及自重無法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮，如果不采取相應的加固措施可能引起管片開裂漏水。

3)流沙、管涌。在砂土、粉質土等易液化的土層中，由于盾構推進、刀盤轉動、切削擠壓等的擾動，加上過高的水頭壓力，液化砂土隨盾尾和管片拼縫等位置滲漏進入隧道內，如不及時采取措施可能出現局部地基掏空、管片下沉、螺栓斷裂的危險，甚至破壞隧道。

4)進洞過程中滲漏及坍塌。由于加固區域較小，不能全部包裹盾構機主機，導致河水沿加固體與非加固體間縫隙滲入到洞門，或地下水沿加固體與連續墻間縫隙滲透到洞門，引起粉砂層及粉土層土體大量流失，導致在到達階段大量滲漏，從而引起地面坍塌。

3 到達施工方案及技術措施

3.1 防止切口冒頂措施

嚴格控制出土量，原則上按理論出土量出土，可適當欠挖，保持土體的密實，以免河水滲透入土體并進入盾構。若出現機械故障或其他原因造成盾構停推，應采取措施防止盾構后退。每環推進結束后，關閉螺旋機閘門方可進行拼裝。在螺旋機的出口設置防噴涌設施，在發生漏水情況時關閉螺旋機出口，將水堵在盾構外。控制壁后注漿的壓力，以免注漿壓力過高而頂破覆土。

必要時，可通過盾構前體的超前注漿孔，對切口前上方的土體進行加固改良。避免出現切口冒頂，泥水涌入或切口塌陷的情況。

3.2 防止隧道上浮及保持縱向穩定措施

河底段，隧道上部負載相對較輕，可能造成隧道上浮，對于隧道的穩定不利。為了減小隧道的上浮量，使隧道盡快穩定，施工期間嚴格控制隧道軸線，使盾構盡量沿設計軸線推進，每環均勻糾偏，減少對土體的擾動，加強隧道縱向變形的監測，并根據監測的結果進行針對性的注漿糾正。如調整注漿部位及注漿量，配制快凝及提高早期強度的漿液。

1)適當降低盾構機姿態，壓低管片高程，使脫出盾尾的管片不至于超限。

2)優化同步注漿漿液配比，在滿足漿液注入的順暢下，適當降低漿液的初凝時間。

3)控制盾構掘進的姿態，盡量減小其蛇形運動，以保證形成隧道建筑間隙的最小量。切斷管片上浮的空間。

4)控制掘進速度，確保管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡，避免注入的漿液被水稀釋而降低漿液性能。

5)根據監測成果，及時對成型管片隧道進行二次補充注漿。二次補充注漿采用雙液瞬凝性漿液(水泥－水玻璃雙液漿)。

3.3 螺旋機防噴措施

區間盾構使用小松盾構，具有2道閘門，1道為應急閘門。河底施工時，如果出現螺旋機噴涌，可立即關閉第1道螺閘門。若在緊急情況下螺旋機閘門由于被異物卡住或機械原因無法正常啟閉第1道閘門，在第1道閘門防噴失敗的情況下，可立即關閉應急閘門。雙閘門組成雙保險，確保盾構施工安全。

3.4 盾尾發生泄漏應急措施

為防止盾尾發生漏泥、漏水，應定期、定量、均勻地壓注盾尾油脂。控制注漿的壓力，以免漿液進入盾尾，造成盾尾密封裝置被擊穿，引起土體中的水跟著漏入隧道，盾尾密封性能降低。管片盡量居中拼裝，以防盾構與管片之間的建筑空隙過分增大，降低盾尾密封效果，引發盾尾漏泥、漏水。在河中段推進過程中，如出現大量漏漿，在盾尾整圈墊放海綿用以止水，封堵管片與盾構間的間隙，必要時，每隔一定的距離壓注聚氨酯止水保護圈。當盾尾發生泄漏時，針對泄漏部分集中壓注盾尾油脂，利用堵漏材料進行封堵，并配制初凝時間較短的雙液漿進行二次注漿。

除以上措施之外，為防止洞門滲漏，到達階段還采取了如下方案。

3.4.1 洞門加固區加大

盾構主機總長8.68 m，原設計洞門加固區長8 m，為減少加固體與非加固體間滲漏風險，施工階段，將加固區長度調整為9 m。

3.4.2 接縫樁補強

原設計加固體與連續墻間隙為600 mm，采用單排φ800 mm@600 mm旋噴樁加固止水，根據施工經驗，施工階段調整為雙排φ600 mm@350 mm旋噴樁，降低加固體與連續墻間滲漏風險。

3.4.3 設置環箍止水

充分利用盾構主機盾殼上的注漿孔，設置環箍止水(見圖2)。

圖2 盾殼注漿孔位置示意圖Fig.2 Layout of grouting holes at shield shell

1)第1道環箍。在超前刀距到達端連續墻4 500 mm處停機，此時，盾體鉸接正好位于加固體與非加固體交界處，利用布設于盾殼鉸接前、后40 cm處的注漿孔對加固體與非加固體間滲水通道進行注漿封堵，采用雙液漿打設環箍。第1次停機注漿位置如圖3所示。

圖3 第一次停機注漿位置圖Fig.3 Position of shield stopping and grouting for the first time

2)第2道環箍。在超前刀距到達端連續墻200 mm處停機，此時盾尾已包入到第一道環箍以內，在盾構機外置注漿孔通過時會對第1道環箍產生擠壓破壞，從而導致后方水源沿管片背后空隙繼續進入加固體;因此，此處設置第2道環箍，仍采用鉸接前后設置的注漿孔注漿，漿液采用水溶性聚氨酯，利用其遇水快速膨脹特點封堵空隙，同時，其材料本身強度較低，可大大降低盾構機通過時外置注漿孔周邊的摩擦阻力。第2次停機注漿位置如圖4所示。

3)第3道環箍。在超前刀進洞2 000 mm后停機，此時盾尾已進入第2道環箍，盾體鉸接位于接縫樁位置，再次采用鉸接處的注漿孔注射雙液漿設置第3道環箍，以阻斷接縫樁處的滲漏。第3次停機注漿位置如圖5所示。

3.4.4 輔助防水措施

洞門采用雙措施止水，即在原設計設置洞門止水簾布板的情況下增設一道止水圈，提高洞門的止水、防水性能。附加止水環施工如圖6所示。

圖6 附加止水環施工圖Fig.6 Construction of additional water-sealing ring

3.5 設置監測點、加強巡視

在麗觀橋橋面及兩側各30 m范圍內布設沉降監測點，斷面5 m/個，每個斷面設置7個監測點，分別位于軸線位置，軸向兩側5，10，15 m位置，并在橋臺上布設監測點。

在過河前、過河后、過河過程中安排專人負責對河岸周邊進行巡視。

4 結論與討論

盾構法隧道施工是大型設備與各類技術人員緊密結合的一種施工工藝，在各項技術方案制定時必須充分掌握盾構機的各項性能;同時，根據盾構到達時存在的各類安全風險進行全面的分析，逐一攻克。方案制定時一方面需考慮設備本身功能的充分發揮，另一方面需考慮方案中所需材料的基本性能，防止“厚此薄彼”的現象發生，從而影響技術方案的實施效果。

在高浪路站—蘇錫路站盾構區間過河到達施工中，經項目技術人員對施工風險充分評估，在克服淺覆土作用下隧道上浮、冒頂及螺旋機噴涌等難題，集中力量解決到達過程中的滲漏風險，通過利用盾體本身的預留注漿孔在盾構到達的不同階段注入不同的注漿材料，有效地控制了洞門滲漏，確保了盾構安全到達。

盡管目前我國盾構施工已大規模開展，但施工技術水平及現場管理水平尚待提高，在不同地質情況下盾構始發及到達施工仍然存在較大的風險，需持續關注。

［1］ 孫明偉.地鐵盾構隧道下穿海河施工風險控制［J］.天津建設 科 技，2011，21(1):38 － 40.(SUN Mingwei.Construction risk of Hai He-crossing Metro shield tunnel［J］.Tianjin Construction Science and Technology，2011，21(1):38 －40.(in Chinese))

［2］ 田金虎.盾構過河隧道超淺覆土層區域施工技術［J］.中國高新技術企業，2010(12):167－168.(TIAN Jinhu.Construction technology of river-crossing tunnel shield under ultra shallow layer soilregion［J］.China Hi-tech Enterprises，2010(12):167 －168.(in Chinese))

［3］ 馬龍，田磊.淺覆土段盾構過河研究［J］.施工技術，2009，38(S):95 －97.(MA Long，Tian Lei.Research of shield crossing river in shallow coveringsoilsection［J］.Construction Technology，2009，38(S):95 －97.(in Chinese))

［4］ 楊志永.城市大直徑泥水盾構淺覆土下穿既有河流加固技術［J］.黑龍江科技信息，2010(9):230.(YANG Zhiyong.Reinforcement technology about city large-diameter slurry shield of shallow overburden crossing existing river［J］.Heilongjiang Science and Technology Information，2010(9):230.(in Chinese))

［5］ 葉康慨.沈陽地鐵過河隧道盾構施工技術［J］.隧道建設，2007，27(6):39 －42.(YE Kangkai.Shield construction technology for river-crossing tunnel of Shenyang Metro［J］.Tunnel Construction，2007，27(6):39 －42.(in Chinese))

［6］ 劉建國.排狀支護在軟土地層超深基坑中的應用［J］.隧道建設，2011，31(2):215 －219.(LIU Jianguo.Application of soldier pile retaining system in super-deep foundation pit in soft soil［J］.Tunnel Construction，2010，31(2):215 －219.(in Chinese))

［7］ 劉建斌，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京;中國建筑工業出版社，2009:754 － 780.(LIU Jianbin，WANG Weidong.Foundation engineering handbook［M］.Beijing:China Architecture＆ Building Press，2009:754 －780.(in Chinese))

［8］ 崔玖江.盾構隧道施工風險與規避對策［J］.隧道建設，2009，29(4):377 －396.CUI Jiujiang.Risks and countermeasures for construction of shield bored tunnel［J］.Tunnel Construction，2009，Volume，29(4):377 －396(in Chinese))

［9］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京:人民交通出版社，2010:878 － 879.(WANG Mengshu.Tunneling and underground engineering technology in China［M］.Beijing:China Communications Press，2010:878 －879.(in Chinese))

［9］ 周文波.盾構法隧道施工技術及應用［M］.北京;中國建筑工業出版社，2009，46 －61.(ZHOU Wenbo.Shield tunnelling technology［M］.Beijing;China Architecture ＆ Building Press，2009:46 －61.(in Chinese))