盾構下穿淺覆土河床施工技術淺析

摘要：盾構過河掘進是地鐵盾構隧道施工中風險最大也是施工難點之一。本文針對北京地鐵10號線二期石榴莊～大紅門站區間隧道盾構過河施工中的難點和采取的各項有效技術措施進行了闡述，并對達到的效果和積累的經驗進行了總結，以期為今后類似工程的施工提供參考與借鑒。

關鍵詞：過河隧道；盾構；淺覆土

1 工程概況

北京地鐵10號線二期石榴莊～大紅門站區間全長1086.5m，區間由西向東下穿涼水河。涼水河為北京南城的主要泄洪通道，平時多是城市排放的污水，常年有積水。區間隧道與涼水河斜角56°，兩側為石坎，河床有混凝土方磚鋪砌，有淤泥，隧道覆土約7.0m，覆土較淺。盾構穿越地層主要為砂卵石地層，其中盾構隧道上部主要位于黏土層中，下部為卵石層。

2 工程重點、難點

由于盾構過河段覆土較淺，盾構推進時如果盾構施工控制不當將引起周圍土體擾動，可能導致橋樁不均勻沉降、橋樁失穩、河床坍塌、發生透水等工程事故。特別是在盾構在穿越河流底部時，如有圍巖頂板下沉會對河床產生危害甚至破壞，河水下滲也可能危及隧道施工，進而引發一系列不良后果。因此在盾構下穿河段過程中，如何采取相關技術措施減小沉降，確保涼水河及涼水河橋的安全將是本區間工程的重點。

3 盾構穿越涼水河施工措施

3.1 做好施工前的調查準備工作

施工前詳細調查該區段水文地質，詳細踏勘涼水河及涼水河橋的結構與現有的狀態，尤其是對于河底隔水層的連續性、滲透系數、厚度以及各層的滲流情況，并將此數據情況作為盾構下穿時的重要參考。

3.2 調整好盾構姿態

盾構進入河底前要預先調整好盾構姿態，以較好的姿態下穿河底。在掘進過程中，盾構司機根據測量偏差及時調整盾構的掘進方向，盡可能減少掘進過程中的糾偏，杜絕大幅度的糾偏，以確保盾構平穩通過該段。

3.3 合理設置土壓力

在盾構推進的過程中，根據監測數據及時調整土壓力值，科學合理的設置土壓力值及相宜的推進速度等參數，防止超挖和欠挖，以減少對土體的擾動。在盾構過涼水河橋地區，盾構覆土厚度為7m，根據計算土壓平均值控制在0.08～0.09Mpa之間。穿越時應降低推進速度，嚴格控制盾構推進方向，減少糾偏，特別是大量值糾偏。

3.4 同步注漿的控制

盾構下穿涼水河期間地面沉降控制值為±20mm，橋樁累計沉降控制值為10mm，橋樁差異沉降為5mm。考慮到此區間地面沉降控制標準較高，且河底至盾構拱頂間土層相對較薄，因此應加強掘進過程中的同步注漿的控制，本區段同步注漿擬采用膨潤土、粉煤灰、砂、水泥為主要材料的液漿，每1m3漿液配比為：水泥260kg：膨潤土80kg：粉煤灰340kg：中粗砂750kg：水520kg；漿液特性要求膠凝時間初凝為5～6h，終凝為10～16h，固結體強度為24h達到0.3MPa；固結率為95%，即固結收縮率5%；稠度為120mm；漿液穩定性應滿足靜置不沉淀、不離析或在膠凝時間內靜置沉淀離析少。盾構下穿涼水河段過程中，要嚴格控制注漿壓力和控制注漿量，注漿量控制理論值應為建筑間隙的150%~180%，同步注漿時要求在壓入口的壓力大于該點的靜止水壓及土壓力之和，做到盡量填補而不是劈裂，因此要求注漿壓力控制在0.20～0.30Mpa。注漿壓力過大，管片外的土層將會被漿液擾動而造成較大的后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大。

3.5 二次補漿采用雙液補漿

二次注漿選用水泥-水玻璃雙漿液，每1m3漿液配比水泥：水：水玻璃溶液的比例為1:1:2；每兩環進行一次補漿，補漿量為同步注漿量的30%，注漿利用低壓、少量、多次注漿的方式及時補充因原有漿液固結收縮所產生的空隙。盾構推進過后每5環進行一環環箍注漿，每環6個孔每孔注入1.0m3。注漿壓力為0.3Mpa。

3.6 控制好盾構姿態，確保盾尾間隙均勻

盾構推進過程中的同步注漿及二次補漿是控制地面沉降的主要方法[1，2]。以往的經驗顯示，盾構推進過程中的盾構姿態不好易造成盾尾處漏漿，地面沉降，因此在盾構下穿涼水河橋期間，確保盾構推進軸線與設計軸線相吻合，盾尾四周間隙均勻。同時，在盾構通過河床時，要加強盾尾的密封與管片的施工控制，掘進時要定時定量均勻壓注盾尾油脂，如有特殊情況可根據實際情況適當加大盾尾油脂壓注量來防止漿液通過盾尾流失，盾尾油脂量比正常推進每環多20Kg可以較好的控制盾尾的漏漿量。如果管片間隙出現滲漏，要及時堵漏處理，以免漏水引起河底下沉而對河底產生破壞。

3.7 加強監控量測管理，實現信息化施工

在盾構穿越涼水河期間，嚴格按照監測要求對涼水河橋進行監測，對監測數據及時分析處理并反饋。及時掌握盾構推進對橋梁及河道的影響，不斷優化盾構推進參數。同時加強地面巡視，發現異常及時上報。

3.8 土壤改良效果模擬

在模擬段施工中，將有針對性的對土壤改良添加劑（泡沫或膨潤土）配方及相應的改良效果進行跟蹤記錄，以尋找合適的土壤改良方式。詳細分析模擬段施工資料，制定實際盾構穿越涼水河及涼水河橋施工參數。在盾構抵達涼水河前，應會同各方詳細研究分析模擬段的施工參數，比如土壓變化、注漿情況、土體改良情況及地面沉降等實際資料，從而制定盾構穿越涼水河及涼水橋施工參數。

4 制定應急預案

針對本工程特點及各種不利因素，制定各項應急預案，編制切實可行的應急程序，成立應急組織，并進行了嚴格的審查。在河流附近備好應急物資如海綿條、粘土及鐵鍬、編織袋、水泵、船等工具設備。可事先在河岸兩邊空曠處準備袋裝粘土，一旦河底發生坍塌立即向河底拋填袋裝粘土，確保盾構順利通過。在盾構下穿河流之前，應對各項應急預案中的應急物資進行實物檢查，并將應急物資存放在現場操作區域范圍內，將險情控制在萌芽狀態。

5 盾構機過河過橋整機檢修

對推進系統的泵組、PLC模塊控制，各類電磁閥，換向閥，比例分配閥以及推進油缸進行全面檢查，發現油壓不足及相關閥失效的情況下立即檢修或更換；盾構機的電機與液壓系統，應邀請盾構機制造廠家售后專業工程師過來檢修，必須確保整個過河段正常作業；檢修同步注漿系統泵的缸體，密封，及注漿管路是否有堵塞或破損等現象；檢修拼裝機線位開關，電磁閥及換向閥，剎車開關，以及拼裝機遙控器是否正常工作，各油管是否老化；運輸系統皮帶輸送機屬于易破損構件，在過河前必須檢查；自動導向測量系統過河前要調整好姿態，避免在過河過橋時在進行姿態調整。針對損壞或易破損的構件備好配件有針對性的準備一些施工中經常可能出現的易損構件，必要時可以及時更換，以免影響施工。

6 結語

在通過淺覆土河道的隧道施工中，要綜合平衡考慮全線的地質、水文、地面構筑物、地下障礙物等情況選用盾構機型，然后根據所選的機型與河道覆土、水文情況、航道要求采取相應的施工措施，安全施工并保證以后運營時的隧道安全。采用土壓平衡盾構機進行河底淺覆土隧道施工時要驗算隧道上覆土的安全厚度。在盾構推進時根據實際情況調整盾構推進參數，對減小軸線偏差、控制地面沉降、保證盾構機及隧道安全有重要影響。

參考文獻

[1]陳饋，洪開榮，吳學松.盾構施工技術[M].人民交通出版社，2009.

[2]楊書江，孫謀，洪開榮.富水砂卵石地層盾構施工技術.人民交通出版社，2011

作者簡介

祝經剛（1983-）男，安徽亳州人，助理工程師，從事地鐵的建設與管理工作.Email:.zjg_0418@163.com