盾構(gòu)下穿河流施工過程控制要點

周 鑫

(天津市地下鐵道集團有限公司，天津 300000)

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盾構(gòu)下穿河流施工過程控制要點

周 鑫

(天津市地下鐵道集團有限公司，天津 300000)

闡述了盾構(gòu)下穿河流施工的控制措施與應(yīng)急措施，以某盾構(gòu)區(qū)間隧道工程為例，從穿河風(fēng)險分析、穿河施工參數(shù)、過河監(jiān)測方案等方面，探討了盾構(gòu)下穿河流施工過程控制要點，以有效保證盾構(gòu)施工的質(zhì)量。

盾構(gòu)，河流，應(yīng)急措施，施工參數(shù)

地鐵建設(shè)大都位于城市中，采用盾構(gòu)法的地鐵隧道下穿河流過程中有可能導(dǎo)致透水事故等安全風(fēng)險，需要制定有針對性的管控措施，確保安全通過。

1 下穿河流控制措施

1.1 做好盾構(gòu)機自身密封

加強土體改良，采用泡沫或膨潤土改良土層；采用高品質(zhì)盾尾油脂，確保充足油脂注入到盾尾刷腔內(nèi)；過河前對盾構(gòu)機進(jìn)行仔細(xì)檢修，確保其各項性能正常；確保盾構(gòu)機有兩道螺旋機閘門，增設(shè)斷電閘門自動關(guān)閉功能；螺旋機注入口連接一套高分子注入管路；掘進(jìn)過程中，控制好管片姿態(tài)，防止盾構(gòu)建筑空隙過大形成透水通道，必要時在管片外側(cè)粘貼海綿用于止水，封堵管片與盾構(gòu)間間隙。

1.2 加強施工質(zhì)量，提高隧道自防水能力

過河前調(diào)整好盾構(gòu)機及管片姿態(tài)，為過河打好基礎(chǔ)；嚴(yán)格檢查管片止水條自身質(zhì)量及粘貼質(zhì)量，保證其防水性能；在河底段掘進(jìn)時加強盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制及管片選型，加強螺栓復(fù)緊和盾尾間隙控制，減小管片錯臺、裂縫，保證較好的隧道線形，提高隧道防水質(zhì)量；必要時在管片脫出盾尾5環(huán)～8環(huán)跟進(jìn)二次注漿，減少隧道滲漏；及時安裝管片吊裝孔悶蓋，保證齊全；場地常備轉(zhuǎn)彎環(huán)，便于及時調(diào)整管片姿態(tài)及盾尾間隙。

1.3 盡量減小對河道下方土層的擾動

1)充分采用先進(jìn)的盾構(gòu)施工工藝。在施工過程中嚴(yán)格控制推進(jìn)速度、出土量等盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，勻速平穩(wěn)推進(jìn)，嚴(yán)格匹配土箱進(jìn)土量與千斤頂行程，避免過大超挖，盾構(gòu)推進(jìn)時地層損失率控制在0.5%～0.75%之間。針對可能出現(xiàn)的隧道上浮，定時監(jiān)測隧道上浮量，及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，并縮短同步漿液初凝時間，盡早穩(wěn)定隧道。對周邊地表及建(構(gòu))筑物進(jìn)行密切監(jiān)測，變形超過報警值緊急停機，及時進(jìn)行注漿加固。

2)洞內(nèi)注漿加固措施。過河段同步注漿量按150%控制，優(yōu)化配合比，保證漿液質(zhì)量，適當(dāng)提高漿液稠度和初凝時間。必要時采取二次注漿。

2 下穿河流應(yīng)急措施

2.1 渣土含水量增加導(dǎo)致螺旋機噴涌

暫停掘進(jìn)，立即關(guān)閉兩道螺旋機后閘門，斷電情況下利用蓄能器關(guān)閉閘門；洞外配備一臺50 kW發(fā)電機，斷電情況下為照明和搶險設(shè)備提供電源；向螺旋機內(nèi)注入高分子聚合物，緊急止水；向螺旋機及土倉內(nèi)注入稠膨潤土以控制土倉內(nèi)土壓，抑制噴涌。

2.2 盾尾漏砂漏漿

利用盾構(gòu)工作面配置的注漿材料、木楔、海綿條、棉紗、鋼板等應(yīng)急物資對盾尾漏點進(jìn)行緊急封堵；增加盾尾油脂注入量，調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)以控制盾尾間隙；管片脫出盾尾2環(huán)后，在吊裝孔安裝球閥，泵送聚氨酯緊急堵漏，并及時用同步漿液填充空隙。

2.3 管片破損處漏水漏砂

暫停掘進(jìn)，用木楔子輔助棉紗打入縫隙，再用砂袋反壓；先在滲漏環(huán)前后兩環(huán)安裝泄壓球閥，然后在漏水漏砂部位對應(yīng)的管片安裝球閥，泵送油性聚氨酯封堵；在漏水點后兩環(huán)安裝球閥，立即注入雙液漿，補強封堵效果；掌子面?zhèn)浜梦鬯茫l(fā)生險情將水砂直接排至洞外。

2.4 河床坍塌

險情出現(xiàn)后立即停止推進(jìn)，關(guān)閉螺旋機閘門，加大盾尾油脂注入量，嚴(yán)防盾尾漏水。盡快重新建立刀盤上部的覆蓋層。可采用的方法有：一是向塌方部位灌注水下混凝土或砂漿，二是拋填粘土。刀盤面穩(wěn)定后繼續(xù)掘進(jìn)，待盾構(gòu)通過河道后，對塌方段采取壁后二次注漿，加固塌方擾動過的土體。

同時完善應(yīng)急組織機構(gòu)，做好應(yīng)急演練和應(yīng)急物資的儲備，確保順利安全穿越河段。下面介紹一例通過采取以上控制措施，成功穿越河流的工程案例。

3 工程案例

3.1 工程概況

某盾構(gòu)區(qū)間隧道長536 m，管片寬1.5 m。區(qū)間左、右線均穿越北運河和子牙河三岔口處，河面總寬度約171 m，穿河段隧頂埋深6.2 m；雙線側(cè)穿新紅橋拓寬橋樁基各一處，樁基為直徑1.5 m鉆孔灌注樁，樁長60 m，其中左線距上行橋墩樁基水平凈間距約1.8 m，右線距下行橋墩樁基水平間距約7.0 m。盾構(gòu)隧道在北運河、子牙河三岔河口處穿越區(qū)域內(nèi)平面線形為直線、緩和曲線和部分r=800 m圓曲線，左、右線縱向均為3.01‰的單坡，線間距為15 m～17 m。穿河段實測河水深0.5 m～7.3 m，淤泥厚0 m～4.67 m，覆土厚度5.925 m～13.985 m。

3.2 穿河段地質(zhì)情況

穿河段地層主要為⑧2-1砂質(zhì)粉土和⑨2粉砂地層，滲透系數(shù)較大，該承壓含水層水頭標(biāo)高約為-0.1 m。根據(jù)地勘報告，隧道上部從下往上依次為⑧1粉質(zhì)粘土層為微透水層,⑦粉質(zhì)粘土層為不透水層(厚度0.6 m～1.6 m),⑥4粉質(zhì)粘土層為微透水層,③3粉質(zhì)粘土層為微透水層。因⑦層較薄，⑧1粉質(zhì)粘土層與⑥4粉質(zhì)粘土層可能存在水力聯(lián)系。

3.3 穿河風(fēng)險

不透水層⑦粉質(zhì)粘土層厚度0.6 m～1.6 m，穿河段地層沉降無法有效監(jiān)測，盾構(gòu)施工過程中，該土層易受擾動被擊穿，使上下土層產(chǎn)生水力聯(lián)系；穿河段局部最小覆土厚度為7.325 m(其中淤泥層厚1.4 m)，覆土較淺；穿河段較長(171 m)，增長了穿越時間，加大了穿越風(fēng)險；穿越土層可能為全斷面粉砂層，滲透系數(shù)較大，⑦粉質(zhì)粘土層厚度較薄，地層易變形。如果風(fēng)險控制不當(dāng)，可能造成盾尾漏砂漏漿、管片破損處漏水漏砂、螺旋機噴涌、河床坍塌等事故，經(jīng)專家論證，過河段按一級風(fēng)險源措施進(jìn)行管理，重點加強洞內(nèi)措施。

3.4 穿河段施工參數(shù)

根據(jù)計算結(jié)果和以往經(jīng)驗，并參考過河前設(shè)置試驗段施工情況，確定過河段施工參數(shù)如下：推進(jìn)速度30 mm/min～40 mm/min，總推力不大于28 000 kN，過河段上部土壓0.20 MPa→0.15 MPa→0.20 MPa逐步變化，注漿量3.8 m3左右，注漿壓力不大于0.2 MPa，每環(huán)出土量不大于48 m3。

3.5 過河監(jiān)測方案

監(jiān)測范圍包括盾構(gòu)推進(jìn)左、右線軸線外各30 m范圍內(nèi)的地表、橋墩、河堤。施工關(guān)鍵期2次/d～3次/d；一般施工狀態(tài)1次/d～2次/d；之后1次/2 d，視變形穩(wěn)定情況調(diào)整。盾構(gòu)穿河掘進(jìn)過程中，河底插入鋼筋增設(shè)臨時沉降觀測點(隧頂上方每隔10 m設(shè)置一處)，以便及時提供土體變化情況，調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

4 結(jié)語

該案例中的盾構(gòu)區(qū)間已實現(xiàn)貫通，說明通過做好充分準(zhǔn)備，抓好盾構(gòu)下穿河流過程中的各個控制要點，施工過程中精細(xì)管理，嚴(yán)密監(jiān)測，可有效保證盾構(gòu)下穿河流施工安全。

[1] 陳 饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2009.

[2] 王延鵬.天津地鐵首次下穿海河施工過程中的參數(shù)控制分析[J].天津建設(shè)科技,2015,25(1):45-48.

[3] 賈少春.天津地鐵盾構(gòu)隧道下穿外環(huán)河技術(shù)措施[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新,2011(5):50-52.

Key points of the construction process of the shield tunneling under the river

Zhou Xin

(TianjinUndergroundRailwayGroupCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

The paper illustrates the controlling measures and emergency measures of the shield tunneling under the river, and explores its controlling points for the construction process from the risk analysis of crossing rivers, construction parameter and measurement by taking the tunnel projects of some shield sections, so as to ensure the quality of the shield construction.

shield, river, emergency measure, construction parameter

1009-6825(2016)13-0176-02

2016-02-23

周 鑫(1984- )，男，碩士，工程師

U445

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