談大直徑泥水盾構超淺埋始發技術研究

郝 利 軍

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

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談大直徑泥水盾構超淺埋始發技術研究

郝 利 軍

(中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

以杭州環城北路地下通道工程為依托，從端頭加固、洞門密封系統、斷頭降水、始發參數設定、信息化施工等方面，就大直徑泥水盾構覆土厚度小于0.5倍隧道直徑工況下的始發技術進行了系統的總結，為后續類似工程施工積累了經驗。

大直徑泥水盾構，洞門密封系統，端頭加固，施工監測

0 引言

根據國內外盾構施工經驗，在大直徑盾構隧道設計中通常將盾構始發和到達段的隧道覆土設計為0.6倍～0.8倍隧道直徑的淺覆土始發和掘進，并采用增加延長洞門、水下到達等措施以規避盾構始發和到達期間的施工風險。如翟志國的《城市大直徑泥水盾構始發技術淺談》、李振武的《大直徑泥水盾構始發技術》等。

但是目前國內外尚未有隧道埋深小于0.5倍隧道直徑的、復雜周邊環境條件下的大直徑泥水盾構成功經驗。

1 工程概述

1.1 工程概況

杭州環城北路地下通道工程沿環城北路、艮山西路呈東西向展布，全長約2 480 m，道路等級為城市快速路，雙向四車道。地下隧道建設采用法國NFM公司生產的泥水平衡盾構機，其中南線盾構長度1 410 m，北線盾構長度1 275 m。

盾構隧道縱坡采用“V”字形分布，其最大設計縱坡為5.5%(如圖1所示)，盾構始發段最小覆土3.4 m，到達段最小覆土6.3 m，正常掘進段覆土2.9 m～13 m，其中盾構下穿東河段河床底到隧道頂凈距僅2.9 m、盾構下穿閘弄口地道段隧道頂與地道底凈距僅0.6 m，施工范圍內地下水埋深1 m～2 m。

1.2 工程地質水文條件

盾構隧道主要穿越的地層包括粉砂、砂質粉土、砂質粉土夾粉砂、淤泥質粉質粘土、淤泥質粉質粘土夾砂質粉土、淤泥質粉質粘土、淤泥質粉質粘土夾粉質粉土層，屬上軟下硬。

施工區域內地下水位埋深約1.05 m～2.8 m。

1.3 周邊環境

盾構始發井位于繁華的主干道艮山西路與凱旋路交叉口，且始發范圍管線繁多、密集，主要有承插式φ500給水管、承插式φ300燃氣管線、20世紀80年代修的φ1 800污水干管、通信等市政管線以及國防通信管線。

2 端頭加固

2.1 以往案例

1)杭州慶春路過江隧道工程。

端頭加固范圍設計為縱向長12 m、橫向加固至隧道外側3 m、豎向由地面加固至隧道底以下3 m。當盾構機刀盤出加固體后，隧道掌子面土體出現失穩塌陷，在地面形成深約1 m、半徑約4 m的塌陷沉降區(如圖2所示)。

2)杭州運河隧道。

端頭加固范圍設計為縱向長度由原設計7 m調整為13 m、橫向加固至隧道外側3 m、豎向由地面加固至隧道底以下3 m。盾構機刀盤出加固體并建立正常泥水壓力后洞門密封突然泄露，致使泥水壓力突變，掌子面土體失穩坍塌，盾構機刀盤被埋(如圖3所示)。

2.2 加固方案確定

由于杭州環城北路地下通道工程盾構始發施工環境復雜，始發段掘進層依次為②-3砂質粉土、②-4砂質粉土、③-1粉砂、③-2砂質粉土，以砂性土為主，透水性較強。

為避免再次出現始發期間地面塌陷，根據盾構機的長度和漿液注漿壓力、擴散半徑等參數，綜合考慮研究，將本項目的盾構始發和到達端頭加固范圍確定為端頭加固范圍縱向長15 m，豎向由地面加固至隧道底以下5 m、橫向加固至隧道兩側各5 m，如圖4所示。

同時考慮到南線隧道盾構始發端頭覆土僅3.4 m且位于十字路口，增加一個38 m長的次加固區，以確保盾構在超淺覆土工況下安全、順利始發穿越主干道交叉口，同時使隧道覆土達到6.5 m，滿足正常建立泥水壓力要求。

2.3 工藝確定

盾構始發端頭位于主干道艮山西路與凱旋路交叉口，并橫穿整個路口，且路口上方有高架橋橫跨施工范圍，同時加固范圍內華數、電信、移動、聯通、國防、長途等各市政通信管線需就地保護，經綜合研究考慮各工法的施工設備、成本、工期等因素決定采用φ800@600三重高壓旋噴樁加固。

3 洞門密封系統

為確保本項目盾構機在社會環境、施工條件更加復雜的情況下順利安全地始發，洞門密封系統采用兩道密封方案，具體如下：

1)第二道密封。第二道密封由預埋洞門鋼環、簾布橡膠板、折頁壓板等組成，其中預埋洞門鋼環采用16 mm鋼板焊接加工制作成“L”形，洞門鋼環面板寬70 cm、內徑12.1 m、厚度與工作井側墻厚度相同，通過錨固鋼筋預埋在工作井側墻內，同時為防止鋼環在吊裝期間變形，在鋼環的內弧面設置槽鋼加固、外側間距40 cm焊接一個加強板。

在鋼環焊接安裝完成及工作井結構側墻鋼筋綁扎完成后，根據事先確定的位置預埋注漿管，共8處(壁厚4 mm)，沿圓環均勻布置。

2)第一道密封。第一道密封由延長洞門鋼環、簾布橡膠板、折頁壓板等組成，其中延長洞門鋼環采用16 mm鋼板焊接加工制作成“L”形，延長洞門鋼環面板寬40 cm，內徑12.9 m，厚度60 cm，通過焊接固定在預埋洞門鋼環的面板上，同時為防止鋼環在吊裝期間變形，在鋼環的內側、外側間距40 cm焊接一個加強板。

洞門密封系統總體方案見圖5。

4 端頭降水

根據地質水文條件，在始發工作井端頭周邊布置16口疏干降水井降低地下水位，彌補端頭加固可能存在的缺陷，降低洞門破除期間及盾構始發期間涌泥涌水的概率，以確保施工安全。

5 始發參數設定

5.1 泥水壓力設定

盾構機在加固體內掘進時，泥水壓力以滿足泥漿循環為主，因此泥水壓力設定為0.4 bar。盾構機出加固前并在洞門注漿封堵完成后，根據隧道埋深計算的泥水壓力進行設定，并根據監測數據實時調整泥水壓力以確保地面沉降穩定。

5.2 泥漿質量

為加強對正面土體的支護，防止地面冒漿，在粉砂層和粉土層中掘進時，由于粉砂層穩定性差含泥量低，故采用重漿推進。泥水比重控制在1.15 g/cm3～1.25 g/cm3之間，粘度控制在25 s～35 s之間。

5.3 掘進與控制

為防止排泥管路吸口堵塞、控制推進軸線、保護刀具、刀盤，始發時推進速度不宜過快，控制在20 mm/min以內。掘進時，隨時觀察刀盤扭力變化情況，及時調整推進速度。進入正常階段掘進速度控制在30 mm/min左右，參考泥漿循環能力，使之相協調。

5.4 洞門注漿封堵時機

盾構機主機長11.65 m，加固區長15 m，連續墻厚1 m，結構側墻厚1.2 m，因此盾構機停機注漿封堵位置定在加固區13.5 m處，即盾構機在加固體內掘進13.5 m時，盾尾已進入加固體1.5 m(盾構機底部距洞門最近)、遠離第一道密封3.6 m、第二道密封4.2 m。在該處停機既可降低洞門密封注漿對盾尾的影響，又可在未正常建壓情況下確保地面交通安全。

6 信息化施工

6.1 盾構掘進參數的信息化

通過盾構機信息監測平臺對盾構機進出漿液比重、流速、盾構機軸線偏差、推進速度、推力等各項施工參數實施在線監測，隨時掌控各項參數的變化情況，并實時予以調整。

6.2 施工監測的信息化

監測是施工的眼睛。通過監測及時發現施工過程中因參數設置不當引起的地面沉降、隆起等變化，并將監測數據及時分析反饋給施工現場，針對性調整參數。

7 主要結論及后續進一步提升空間

7.1 主要結論

1)端頭加固范圍縱向長度以大于盾構機主機長度3 m為宜。

2)創新了盾構始發洞門密封系統。

3)通過降水輔助措施，進一步降低了洞門破除和盾構始發期間突發涌水、涌砂等險情發生的幾率。總結出了杭州地區盾構始發降水原則：盾構始發掘進斷面內地質為粉砂土，地下水位降至隧道底2 m范圍為安全水位；盾構始發掘進斷面內地質為粉砂土和淤泥粘土，地下水位降至淤泥粘土為安全水位。

4)提出了針對性的繁華城區超淺覆土(最小埋深3.4 m)大直徑泥水盾構始發掘進參數及注漿參數。

5)信息化施工的及時反饋，可促使盾構機司機及時調整參數，進一步增強盾構施工的安全系數。

7.2 后續進一步提升空間

理論上，洞門密封系統隧道管片為同心圓，但由于隧道始發坡度以及盾構機軸線偏差、洞門鋼環安裝誤差等因素影響，使得管片與洞門密封系統形成偏心，造成部分折頁壓板無法起到應有的作用，甚至在同步注漿壓力作用下折頁壓板翻出從而釀成事故。

在負環管片外弧面預埋鋼板，待盾構機盾尾全部進入洞門密封系統后，用鋼板將洞門與管片進行焊接連接。在后續施工中將在這方面進一步提升改進。

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[6] 姚天強，石振華.基坑降水手冊(2006版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.Study on extra-shallow launching technology of large-diameter cement-water shield

Hao Lijun

(ChinaRailwayTunnelCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)

Taking underground channel engineering of Hangzhou Huancheng North Road as the background, starting from aspects of end reinforcement, cave door sealing system, launching parameter setting and information construction, the paper carries out systematical summary of launching technology of large-diameter cement-water shield with covering soil thickness less than 0.5 times of tunnel diameter, which has accumulated experience for continuous similar engineering construction.

large-diameter cement-water shield, cave door sealing system, end reinforcement, construction monitoring

1009-6825(2016)20-0176-03

2016-05-08

郝利軍(1982- )，男，工程師

U455.3

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