淺埋暗挖盾構機施工技術淺析

王先高 深圳地鐵集團有限公司

淺埋暗挖盾構機施工技術淺析

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隨著工程技術的飛速發展，地下暗挖工程采用盾構機施工正被廣泛運用，由于其機械化程度高、安全性好、掘進速度快，已成為暗挖施工的發展方向。但不同的工程類別，工程地質和環境條件千變萬化，給盾構機施工帶來了很多困難和局限。本文通過深圳地鐵1號線（羅寶線）續建20標固戍站至后瑞站區間盾構機通過鐵崗排洪渠暗挖工程成功實例，就如何根據現場不同地質條件，制定科學的施工方案、選取合理的技術參數、尤其是針盾構機通過淺覆土河道施工技術的分析探討，提出自己的建議，為相關工程及研究提供參考。

盾構機;淺覆土;排洪渠;橋樁

1 、工程簡介

固戍站～后瑞站區間里程SK35+148.7～SK35+117.7段盾構需從鐵崗排洪渠下穿過，下穿隧道長約31米。鐵崗排洪渠是深圳市民的水源工程水庫（庫容近1億立方米）溢洪道，設計水位（50年一遇）為3.269米。設計下游排洪流量150m3/s，隧道頂距渠底最近約5.24米，洞身為⑥5花崗巖殘積層粉質粘土，如受施工擾動殘積土容易變形，遇水軟化崩解，承載力將大幅降低，在短時間內易發生坍塌變形，隧道頂部以上分別為③1淤泥、③8細砂及①1素填土層，隧道頂部以上1.2米覆土為原狀土淤泥層，覆土很淺。排洪渠結構形式為兩臺一墩兩孔簡支梁式雙向8車道公路橋，橋樁沿隧道方向有3排，排間距15. 75米，部分樁基礎入侵隧道結構。

2 、施工難點

2.1 隧道頂部地層不穩定可能造成擾動破壞

隧道頂部到排洪渠底為5.24米厚的人工回填淤泥層，淤泥層結構松軟，承載力低，含水量高，孔隙比大，滲透性低，承載力低，容易產生觸變、流變，引起地基變形和失穩，盾構機通過時容易造成擾動，破壞土體穩定性，有可能導致排洪渠底部砌筑基礎破壞。

2.2 排洪渠漏水可能導致掘進噴涌

隧道頂部淤泥層本身為儲水地層，含水豐富，且回填后沒有進行壓實處理，土層空隙大，若排洪渠底部砌筑不密實或掘進過程造成破壞，極可能會造成水體透過淤泥層直接連通到隧道開挖面，造成掘進噴涌及排洪渠底塌方，地面塌陷，從而影響正常出土和掘進，嚴重的會招致周邊地面塌陷，影響交通要道寶安大道正常通行，造成盾構機及其隧道的滅頂之災。

2.3 掘進過程可能漏氣或發泡劑上竄

由于隧道頂部人工回填淤泥層穩定性低及孔隙比大，掘進過程注入的空氣和發泡劑容易透過淤泥層上竄泄漏，發泡劑不能正常注入，使盾構機氣壓不穩或失壓難以掘進。

2.4 舊樁處理鋼筋清理不徹底容易導致卡螺旋機

鐵崗排洪渠原樁為φ1200混凝土灌注樁，主筋為φ20，加強筋為φ20，箍筋為φ 10，原有23根橋樁在盾構掘進斷面上要破除清理，盾構機螺旋機內徑為800mm，螺旋葉片直徑為780mm，四周間距僅有10mm，若高壓電磁鐵對鋼筋清除不干凈、不徹底，隨著盾構出土進入土倉再進入螺旋機，將對螺旋機造成極大安全隱患。

3 、盾構機穿越排洪渠前施工準備工作

3.1 樁基托換

排洪渠原樁樁徑為φ1200沖孔灌注樁，樁長約35米，摩擦樁，主筋為φ20，加勁筋為φ20，箍筋為φ10；實施樁基托換后，新施工樁樁徑為φ1200沖孔灌注樁，樁長約35米，按摩擦樁設計，主筋為φ25，加勁筋為φ25，箍筋為φ10。

在盾構機通過前，對影響的總計23根樁基使用破碎沖樁法施工破除，鋼筋采用磁鐵吸出，破除后用粘土壓實回填至原樁頂標高，另在隧道兩側重新施工新樁及承臺并回填土恢復排洪渠及上方橋面。

此外，隧道頂部以上1.2米覆土為原狀土淤泥層，覆土很淺，因此在六處鋼板樁維護結構范圍內，從承臺底部標高以上1米、垂直隧道方向約10米的范圍采用C20混凝土進行回填，形成一個混凝土蓋板。混凝土上方回填土為開挖出來的淤泥質土，稍微壓實。

鋼板樁拔除后，鋼板樁所在土體空隙進行注水泥砂漿回填處理。

圖1 排洪渠開挖基坑混凝土回填范圍

圖2 排洪渠基坑開挖范圍、回填范圍及設計水位

3.2 盾構機設備檢查及維修

在盾構機刀盤到達排洪渠前100米，停機對設備進行全面的檢查，對可能出現問題的部件進行維修和更換，防止盾構機通過排洪渠期間由于機械故障產生長時間的停滯，影響盾構連續掘進，主要的檢修內容如下：

(1)刀盤驅動系統；

(2)刀盤主軸承密封；

(3)鉸接千斤頂的密封；

(4)螺旋機及其閘門的運轉情況；

(5)發泡劑系統及注漿系統管路及開關；

(6)拼裝機、單軌梁、雙軌梁的運轉情況；

(7)推進千斤頂及其驅動的運轉情況；

(8)盾構機自動導向系統；

(9)龍門吊、電瓶車的運行情況。

除了對機械設備進行檢修、故障排查，還配備足夠的備件，以便在盾構機通過排洪渠階段出現設備問題時能及時更換零件。

3.3 施工條件保證

為保證盾構掘進進度的順利實現，必須保證后配套材料供應及渣土運輸等條件。

1)管片供應方面，項目部計劃在盾構機通過排洪渠前，提前一天在現場儲存管片，確保現場至少有24環管片的備用量，并且在通過期間，及時補充管片，保證現場用量。

2）渣土運輸方面，項目部計劃在盾構機通過排洪渠期間增加土方運輸車輛，并且增加白天期間出土，確保渣土池滿足生產需要。

3）材料供應方面，提前對注漿材料進行補充，發泡劑、周轉材、耗材、工具等進行全面的檢查，提前補充到位，保證滿足施工。

4 、盾構機推進技術參數選定

為確保盾構機安全順利通過排洪渠，特制定以下幾項措施，土壓平衡、快速通過、控制出土、注漿填充、加強監測。

4.1 土壓控制

為了避免隧道上部土層沉降及隆起，對排洪渠底部砌筑結構造成破壞，防止土體向土倉內坍塌，在盾構掘進施工時，采用土壓平衡模式掘進。建立合理的土倉壓力，根據隧道頂部5米的覆土埋深、土層情況，確定通過排洪渠區段土倉壓力保持為120～150kpa（純土壓，也可用膨潤土置換部分土壓），盾構機刀盤進入排洪渠范圍前三環開始調整達到上述土壓。停機時土壓保持150kpa，必須確保土倉內充滿泥土，避免泥水補充迅速而導致噴涌的發生。

4.2 出土控制

根據計算，在盾構機通過排洪渠區段土層掘進一環出土量約為65m3，運輸渣土的土斗為16m3/斗，掘進出土采用總量控制及逐斗控制，每環總出土量不大于4.3斗（約70m3），每出一斗土千斤頂掘進行程控制在350～380mm。

4.3 掘進參數控制

根據本工程使用的盾構機情況及在花崗巖殘積層粉質粘土層中的掘進參數經驗，采用推力1300～1600T，刀盤轉速1.5rpm，螺旋機轉速9rpm，扭矩1300～2000KN·m，掘進速度40～60mm/min。根據以上參數，能有效地控制地面沉降和出土量。并且，開挖后盾體及管片上方的土體還具有一定的穩定性，通過快速連續掘進，能及時采用同步注漿填充土體與管片之間的空隙，防止上方土體失穩下落。

盾構機進入排洪渠前，把掘進姿態調整至合適范圍（水平姿態：-20～+20mm，豎直姿態：-20～0mm），避免在盾構機通過排洪渠段由于調整姿態影響掘進。

4.4 注漿控制

經前期多次試驗，項目部已確定盾尾注漿（單液漿）的配比（每槽重量比，kg）如下：

由于材料的性質參數存在差異，如發現砂漿過稠或過稀將立即對配比進行微調，以保證注漿漿液的初凝時間在8小時以內。

在掘進過程中嚴格按掘進進尺來控制注漿量，做到盾尾退出空隙與注漿量相吻合，嚴禁超前或滯后注漿。盾尾同步注漿采取注漿量及注漿壓力雙控制，每環注漿量不少于6m3，注漿壓力不大于0.35Mpa。盾構機通過排洪渠后，及時打開排洪渠位置相應管片吊裝孔進行二次注漿。

安裝管片要保證盾尾間隙均勻，使尾刷密封均勻，有效地抑制漏漿，同時有利于保護尾刷，防止漏漿。

密封油脂注入要做到定期、定位、定量壓注。壓力要大于25bar（出口點）才能均勻填充密實空腔，注入量要大于35kg/環（平均每平方米大于2kg）。一方面可以防止漏漿，另一方面潤滑、保護尾刷。漏漿點位要重點壓注。

4.5 防止噴涌

盾構機通過鐵崗排洪渠階段，螺旋機出土口噴涌來源主要有兩個，一是已完成的隧道管片背后來水造成噴涌，二是如果地層擾動渠底破壞，水體通過淤泥層透到開挖面，造成噴涌。

通過上述的各項措施，控制好掘進參數，能減少對隧道上方土體的影響，防止渠底破壞透水造成噴涌；通過快速連續掘進與及時注漿填充，防止土倉積水過多噴涌。

本工程使用的發泡劑添加了5%的渣土改良劑，具有強吸水性，能有效包裹土體中的砂礫，改良渣土的流塑性，減少噴涌發生概率。針對發泡劑上竄泄漏的風險，通過調整發泡劑比例和減少氣流量，可防止壓力過大泄漏。采用發泡劑放大倍率為4，稀釋度5%，FIR=20%。

5 、實施階段施工技術

右線盾構機首先通過鐵崗排洪渠。在距離排洪渠范圍15米時，開始調整盾構各項參數，調整盾構姿態，土壓逐漸上升至120kpa，采用推力1350T，刀盤轉速1.5rpm，螺旋機轉速9rpm，扭矩1600KN·m。

在排洪渠范圍內，盾構機姿態始終控制在水平姿態：-20～+20mm，豎直姿態：-20～0mm的范圍內。土壓倉壓力位120～150kpa，采用推力1400～1700T，刀盤轉速1.5rpm，螺旋機轉速9rpm，扭矩1600～1950KN·m。盾構機穿越排洪渠期間，掘進速度平均約48mm/min，每環注漿量約6.3m3，注漿壓力不大于0.35Mpa，每環總出土量小于70m3，并加大了盾尾油脂及二次注漿用量，每環使用盾尾油脂約40kg。在排洪渠下方使用的發泡劑添加了5%的渣土改良劑，防漏漿效果良好。

通過嚴格控制盾構機技術參數，采取各項措施，在如此復雜的地質和環境條件下，安全有效地保障了盾構機的正常掘進，左、右線盾構機分別都為2天時間順利通過鐵崗排洪渠，平均日進度12環。除了左線出現很少量泡沫外泄外，未發生任何安全和掘進事故，圓滿完成了任務，為類似地質和環境條件下盾構機暗挖提供了一個很好的工程范例。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.21.009