復雜地質條件下泥水盾構施工技術研究

張洪江 王振華 張曉鵬 羅鴻昌 譚一烜

(中鐵三局集團廣東建設工程有限公司，廣東 廣州 511400)

0 引言

本研究以廣州市軌道交通十三號線首期工程12號盾構井～11號盾構井區間工程為背景。該工程附近均為低層建筑樓且施工工地周邊地層建筑群較多，距離泥漿分離系統噪聲污染源過近，如何嚴格把控施工噪聲向周邊傳播，避免影響周邊環境，是本工程的難點。盾構機從12號盾構井下井組裝，12號盾構井結構長度40 m，盾構機整機長度88 m，無法滿足盾構機整體施工，需進行分體始發，這是本工程的重難點。始發端頭隧道范圍內為紅層全風化帶,端頭攪拌樁加固進入層小于1 m，容易出現涌水風險，如何保證進洞施工安全是本工程的難點。本區間珠江冷凍廠機房、珠江冷凍廠倉庫、珠江冷凍廠辦公樓均為樁基礎，隧道下穿這3處建筑物，但是尚未收集到樁基礎的資料。在資料不詳的情況下我們需要盡最大可能控制沉降，如何采取相應的特殊措施，減小對周邊建構筑物和盾構施工的影響是本區間的難點[1]。針對上述問題，本文重點從泥水盾構及漿液處理系統適應性改造技術、復雜條件下泥水盾構分體始發施工技術、泥水盾構下穿珠江冷凍廠施工技術三個方面展開探討研究。

1 泥水盾構及漿液處理系統適應性改造技術

1.1 盾構后配套改造方案及技術

該盾構區間隧道埋深為15 m～26 m，土倉切口壓力最大設置為2.6 bar。在使用刀盤沖洗裝置時需關閉循環管路上中心沖洗球閥，使P0泵單獨沖洗刀盤中心區域。針對該地層，在使用中，設計沖洗壓力為5.0 bar～7.0 bar,遠高于土倉泥漿壓力，同時中心沖刷裝置為單獨進漿，進漿量大大提高，提高噴口流速，降低刀盤扭腿處結泥餅的概率。針對原設備刀盤中心沖刷直接來至進漿，未采用增壓措施，現增加一套獨立的中心沖刷系統。

1.2 泥漿收集裝置改造方案

原設備換管裝置處污水箱容量不足，換管時大部分泥漿需要直接排放到隧道內，造成浪費和隧道污染，同時原為兩個DN80的換管排漿口，靠泥漿的自然流動排漿，排漿速度十分緩慢影響施工進度。唯有增加一套廢漿回收系統，利用收漿泵直接將管道內的泥漿回打至氣墊倉內，殘余的少量泥漿排放到集污箱內，這樣既能加快收漿速度，又能將收集的泥漿二次利用[2]。

該收漿泵最大流量為80 m3/h,施工過程中換管時距離隧道內泥漿管路上最近的刀閘閥的最大距離約60 m，此時兩根管路內約有10 m3的漿液，這10 m3的漿液基本上10 min能夠收取完成，因此在工人操作熟練的前提下整個收漿時間最多20 min。

1.3 減振降噪技術

12號盾構井施工周邊緊鄰生活小區和部隊住宿樓，施工噪聲稍大就會影響周邊居民和部隊人員休息。為防止施工噪聲污染，在安裝過程中添加了有效的防噪聲裝置。通過將泥漿池地基基礎改為管樁基礎，使泥漿池的主要受力作用在巖層中。當分離設備與泥漿池發生共振現象時，通過樁基將大部分振動力傳遞給地下巖層，只有少數振動力通過地表向四周傳播，減小了因共振影響周邊環境。

2 泥水盾構分體始發施工技術

分體始發時盾體及1號臺車在底板，由于施工場地小，為了節省場地將2號、3號、4號臺車放在地面進行始發，掘進50環后將2號、3號、4號臺車吊入底板重新安裝后進行掘進。分體始發分五步進行：

1)盾構機組裝井內完成人行扶梯的安裝，確保人員上下通道通暢。完成盾構始發基座的井下定位固定，下井臨時管片鋪設軌道；完成底板28 m盾構臺車軌道及電瓶車軌道的鋪設；盾構機1號臺車下井，采用卷揚機及滑輪組向后方拉至始發井內，連接橋下井后端與1號臺車連接，前端與下井的管片車焊接在一起，利用卷揚機向后方拖至始發井內。2號、3號、4號臺車不下井。地面臺車與底板臺車及主機連接，采用管線延長方式，線路始末端要做明顯標簽，便于后期延長時方便連接。

2)底板盾構機組裝完成后1號臺車距離后端墻剩余5 m，前期盾構始發采用人工推拉管片車向前運輸管片。盾構機延長管線采用平托輥固定在端墻上，油路及電路分開放置，放管線采用人工進行放線。氣管、泥漿管安裝直接連接至底板。盾構機臺車采用12 m軟管連接，水管要連接至2號臺車內循環水泵處，再與底板臺車采用軟管連接[3]。

3)盾構負環管片為7環，盾構機掘進至正0環時準備管片背后同步注漿。同步注漿由于注漿系統在2號臺車上方，由于距離及落差問題不能滿足注漿要求，需采用BW150型注漿泵進行管片背后補漿。原有的盾尾主機管路采用潤滑油脂封堵，防止堵塞。將盾構機掘進至0環時安裝喂片機。

4)盾構機掘進至30環時(盾構機進入隧道51 m，加上盾構井長40 m，盾構機及后配套設備全長76.8 m)，滿足2號、3號、4號臺車及尾架下井尺寸，這時需要進行下井組裝，重新連接管路。恢復同步注漿。

5)盾構機掘進至50環時，管片摩擦力滿足盾構反力要求，可以拆除負環管片并安裝外風機[4]。

3 沉降控制技術研究

隧道成形后若不采取任何維護措施，則在應力重新分布后，圍巖將有可能出現以下兩種情況：當圍巖中的最大應力及最大變形達不到其強度極限時，隧道將處于自穩狀態；當圍巖中的最大應力及最大變形達到并超過其強度極限時，圍巖便會出現強度破壞，從而失去穩定。故在圍巖不能滿足自穩的情況下，就必須采取適當的支護及加固措施，使其能達到平衡[5]。其中彈性階段和塑性階段隧道圍巖應力分布圖如圖1，圖2所示。

3.1 優化施工參數

根據地質勘測報告并結合實際出土渣樣情況，合理調配泥漿比重及粘度、盾構機切口壓力，刀盤旋轉速度、刀盤扭矩、推進速度、刀具貫入度等參數，通過參數控制有效減少盾構推進過程中對土體的擾動，減少地層水土流失，控制地面沉降。

3.2 偏差值處理

盾構機在下穿珠江冷凍廠倉庫時，對控制網及井下、隧道內的測量控制點進行復測。在確認無誤的情況下，盾構機根據實際姿態，將軸線誤差調整到10 mm以內，以準確的姿態進入下穿珠江冷凍廠倉庫的推進。

盾構機在下穿推進過程中，每50 cm測量一次盾構機的姿態偏差，盾構司機根據偏差及時調整盾構機的推進方向，盡可能減少糾偏，特別是要杜絕大量值糾偏，從而保證盾構機平穩的推進。

3.3 注漿管理

盾構機推進后，在盾尾部分，將出現14 cm的環狀空隙，及時充分地加以注漿回填，一般通過采用同步注漿及二次補漿來保證地面的穩定。

二次補漿采用水泥漿填充，水灰比1∶1.2，注入量依據注漿壓力控制，注漿壓力控制在0.3 MPa以內[6]。

4 結語

通過對泥水盾構施工下穿大量建筑群的真實案例進行分析研究，得到以下幾點結論：

1)在盾構機適應性審查時，對盾構機進行一系列改造，通過增加中心沖洗裝置防止刀盤容易結泥餅，延緩刀具磨損；增加泥漿收集裝置減少二次泥漿污染，大大提高了工效，節約了成本；通過從分離機基礎平臺、減振彈簧、加裝隔音板等方面采取優化措施，達到減振降噪的目的。

2)泥水盾構分體始發施工技術的形成避免了漏漿、漏氣等情況發生，降低了由于部分不均勻沉降而引起建筑物下沉開裂等風險。

3)針對泥水盾構下穿珠江冷凍廠倉庫(冷凍廠幾乎要求零沉降)的掘進，通過提前對盾構機改進，掘進過程中合理選擇盾構參數，加強盾構掘進施工管理和地面監測來及時調整盾構參數，達到控制地面沉降。

[1] 王 偉.武漢長江隧道泥水盾構的改造[J].隧道建設,2010,30(4):476-481.

[2] 田華軍.泥水盾構機的適應性改造[J].工程機械與維修,2009(9):168-169.

[3] 張志鵬.小半徑隧道中盾構分體始發施工技術[A].2011中國盾構技術學術研討會論文集[C].北京盾構機專業委員會,2011:4.

[4] 劉金峰.武漢軌道交通6號線馬鐘區間盾構機分體始發施工技術[J].石家莊鐵路職業技術學院學報,2015,14(1):45-53.

[5] 楊志勇,江玉生,譚 雪,等.盾構分體始發施工平房群沉降控制技術研究[J].市政技術,2012,30(3):109-111.

[6] 孫連元.上海地鐵6號線區間雙圓盾構施工的地面沉降控制技術[A].地下工程施工與風險防范技術——2007第三屆上海國際隧道工程研討會文集[C].上海市土木工程學會,上海隧道工程股份有限公司,2007:6.