成都地鐵火科區間盾構到達施工技術研究

張軍福

摘要：成都地鐵7號線盾構在到達科華南路站前需穿越直徑為2200mm的污水管。文章從其施工方案對比選擇、污水管加固、盾構掘進等方面進行研究，最后得出的研究結論是通過托梁加固污水管、地層注漿加固、分段嚴密控制掘進參數，盾構安全、環保到達科華南路站，這項施工技術措施有效且應得到推廣應用。

關鍵詞：成都地鐵；火科區間；盾構到達；污水管加固；盾構掘進 文獻標識碼：A

中圖分類號：U482 文章編號：1009-2374（2016）01-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.050

1 工程概況

成都地鐵7號線盾構左線在ZDK19+885.486、右線在YDK19+890.134分別到達科華南路站；掘進該段采用CTECφ6250土壓平衡盾構機。該段隧道地層為<3-8-3>密實卵石層，土體自穩性較好，但接收位置隧道底一層<3-4-2>粉細砂層；設計線路縱坡為2‰，平面處于直線段。科華南路站結構設計為盾構過站設計，即不提供盾構吊出條件，車站只預留為一個滿足施工材料吊進吊出的空洞（5m×7.5m）。盾構在到達車站的前端右線里程YDK19+894.638～YDK19+888.634及左線ZDK19+891.490～ZDK19+885.486范圍內下穿DN2.2m污水管，污水管成南北走向，與盾構隧道相交。污水管為2m一節承插式混凝土預制管，采用頂管施工成型，埋深約6m，管底距離隧道頂部凈距右2.543m、左2.823m。該DN2.2m污水管是成都市的主排污水管道，且排水末端——污水處理廠距離此處約1km。通過對處于隧道上方的污水檢查井內水位進行觀測，發現高峰期時間段為11∶00～次日02∶00，水深為3～5m；低峰期時間段為02∶00～11∶00，水深為1.8～2.8m。另外，在該車站底部開挖土方過程中，在端頭部位發生涌水涌砂。具體位置關系如圖1所示：

圖1 盾構下穿污水管位置關系圖

其他方面：科華南路站西端頭周邊建筑物主要為和平小區四期（10號樓），房屋基礎為預制樁基，結構型式為6層磚混結構，隧道距小區基礎凈距8m；目前該段市政道路為斷頭路，無車輛通行；盾構穿越范圍內無其他管線。

2 研究的重難點

由于DN2.2m污水管為科華南路站施工而新遷改至該站西端頭的新管道，成都市65%污水經此管流入新建污水處理廠，每小時流量約30000m3。該管道采用頂管法施工而成，每節長度為2m，接口采用滑動式橡膠圈密封止水，管底埋深約8.6m；在右線中心線上方為一檢查井，檢查井底距離隧頂凈距為1.66m；污水管距離科華南路站西端頭約7～10m。盾構區間左、右線均下穿DN2.2m污水管。隧道洞身位于密實砂卵石中，隧底以下為中密粉細砂層，同時由于管線管徑大、常年滿水且帶有一定水壓，距隧道洞頂較近，加之處于盾構到達端，掘進速度過慢或停止掘進而反復擾動土層容易引起掌子面和隧道上方土體失穩，導致地表沉降、開裂，引起污水管結構受損、滲漏水，甚至造成污水管破裂，釀成災害，社會不良影響大。和平小區四期10號樓距離隧道邊10m，且在科華南路站施工期間進行了加固處理，變形監測數據正常，本次盾構通過時對其的影響基本為零。其他如交通問題等方面更加不構成影響。

綜合對比分析，盾構到達及穿越DN2.2m污水管安全風險極高，采取什么方案和技術措施保證盾構安全穿越并到達是本項研究的重點與難點。

3 方案比選

表1 方案對比表

由于盾構下穿DN2.2m污水管工程的復雜性、危險性、艱巨性，經過專家咨詢，擬定采取抽排加固法、鋼套筒接收法、水中接收法、托梁加固法這四種方法。究竟采取哪種施工方法，需要對各類施工方法的優缺點進行對比分析，擇優選擇。

根據實施條件，綜合考慮環保和安全，本著地鐵建設是為民造福理念，對以上方案進行對比，選擇托梁加固法，達到環保、安全掘進。

4 施工方案

施工方案總體必須綜合考慮該盾構到達接收端范圍內污水管段區間隧道埋深、地質情況以及與管線的空間關系，制定盾構通過該段時施工的指導思想為“安全、連續、快速均衡通過管線”，并確立“建合理土壓、快速掘進、注漿充分、嚴密監測、快速反饋、預案恰當”的施工原則。

4.1 地層預注漿加固

由于污水管頂管施工過程中易對原地層產生擾動，同時接收端頭隧道底部存在中密粉細砂層，盾構容易出現磕頭現象，故必須對管道兩邊及接收端頭盾構隧道影響范圍內采取地面預注漿加固及跟蹤注漿加固措施。提前15天采用單液水泥漿，Φ50mm袖閥管注漿加固，注漿完畢后清洗部分袖閥管預留做二次跟蹤注漿用。

4.2 污水管托梁保護

對污水管兩側采用鋼筋混凝土縱梁包裹，包裹的范圍為管線中心線下45°以上范圍。污水管管節采用鋼絲繩Φ28mm按2m/道圍箍，外包縱梁采用截面尺寸為6.6m×4.4m×2.5m（長×寬×高）的鋼筋混凝土梁，且縱梁需伸入檢查井內，形成從管道到檢查井的一個整體，縱梁通過橫梁支撐在直徑1.2m的支撐樁上。托梁成型后形成對污水管的整體加固，提高了管道整體剛度和抵御變形能力。如圖2所示，將污水管范圍的土體挖除，然后施做污水管托梁。

圖2 污水管托梁施工圖

4.3 洞門加固

由于右線污水管中心距離洞門長度為10m，為保證盾構下穿DN2.2m污水管時減少對管道的擾動，接收端頭施作21根管棚，加固范圍為洞門上方120°，管棚為Φ127×6×20000mm的無縫鋼管，外插角為2°，中心間距為35cm；管內注入水泥單液漿，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，以達到較理想的擴散半徑，確保掌子面以上形成完整的加固保護。

4.4 盾構機掘進

4.4.1 端頭降水。為確保盾構機到達接收時處于無水或少水狀態下安全到達，需利用科華南路站西端頭原3口降水井，在盾構接收前將水位降至底板水位線以下0.5m，以防止接收時發生涌水、涌砂等情況。

4.4.2 渣土改良。根據線路管片排環圖，盾構將在646、647環下穿Φ2200mm污水管，為保證盾構順利通過污水管，盾構掘進至640環時采用以膨潤土為主、泡沫為輔的改良方法。膨潤土泥漿配合比為水∶鈉基膨潤土=100kg∶30kg，膨化時間不小于4h。通過膨潤土加泡沫輔助渣土改良，保證渣土的改良效果，增加渣土的流塑性和自穩性，減小刀盤扭矩，保證刀盤周邊土體的自穩性。

4.4.3 出渣量控制。盾構下穿污水管段掘進嚴格控制出土量，加強出土量管理措施，嚴禁多出土，出土量控制必須以碴土體積控制為主、重量復核為輔，保證控制地層損失率達到最小。環寬1.5m的每環出土量控制為55±2m?，同時每車出土量（15m?）須與相應的推進距離（0.41m）及時對比復核。

4.4.4 姿態控制。盾構到達前100m進行地面控制網（平面、高程）復測、聯系測量、地下控制網復測、管片姿態測量、吊籃復測、盾構機姿態復測、接收洞門及底板復測。對盾構機姿態及時進行調整，保證盾構機正常出洞，盾構機在距貫通前30m內，應再次對盾構軸線姿態進行復測，確保盾構以設計姿態下穿污水管；盾構掘進過程中，推進速度要保持相對的平衡。嚴格控制好推進里程，將施工測量結果及時與計算的三維坐標相校核，及時調整。對推進過程中出現的小偏差應及時糾正，應盡量避免盾構機走“蛇”形，堅持“勤糾少糾”的原則，每環糾偏量不超過5mm，以減少對地層的擾動，并為管片拼裝創造良好的條件。

4.4.5 洞內注漿。盾構下穿污水管段掘進，同步注漿材料適當增加速凝劑，減少凝結時間，初凝時間控制在4h左右。過污水管段注漿量應適當增大，采用注漿壓力和注漿量雙控，每環注漿量可調至8m?左右。二次注漿通過吊裝孔進行，選用水泥-水玻璃雙液漿，配合比為1∶1，在管片脫出盾尾2～4環后進行，注漿壓力為0.2～0.4MPa。通過污水管段二次注漿采用全環封閉注漿，全環封閉的范圍為630～652環，共22環。

4.4.6 掘進參數。盾構機掘進該段時應按覆土厚度及長度分三段設置參數，包括盾構到達污水管放坡開挖面前、開挖面、切削圍護樁三段，分別設置刀盤轉速、扭矩、推力、掘進速度、螺旋機轉速等，根據不同地段采取相應的參數。

4.4.7 洞門封堵。洞門混凝土鑿除后，盡快推進盾構和拼裝管片，盡量縮短盾構接收時間及時清渣封閉洞門。

4.5 其他安全措施

盾構掘進過程中，必須實行信息化施工，其中最典型的就是監控量測。監控量測包括對周邊建筑物、污水管、地表等的沉降、位移、傾斜等進行監測，且頻率按照每2小時一次（分別由施工監測和第三方監測各間隔4小時一次）。同時，盾構隧道施工過程中指派專人24小時對污水管進行巡視，施工單位必須配備必要的安全管理人員。另外對掘進過程中的渣土、管片拼裝以及掘進參數、盾構姿態等實時視頻或數據監控，將各類數據、視頻傳輸至地面中控室，通過中控室技術人員分析、及時調整各項參數，切實做到在掘進中根據信息化施工，使盾構掘進安全穩步推進。

5 結語

通過采取對盾構到達科華南路站接收端的加固，尤其是對DN2.2m污水管的保護性加固，增加污水管抵抗變形能力，制定盾構分段掘進參數，落實信息化施工，最終實現了盾構的安全到達，污水管最大沉降5.3mm，無污水滲漏和其他建筑物變形預警情況發生，技術措施可靠，方法得當，為以后地鐵施工提供了相應的借鑒經驗。

作者簡介：張軍（1975-），男，四川邛崍人，中鐵八局集團橋梁工程有限責任公司工程師，研究方向：地下鐵道工程。

（責任編輯：黃銀芳）