盾構穿越古河道的施工及處理技術

徐云海

上海城建市政工程（集團）有限公司 上海 200065

1 工程概況

1.1 區間概況

上海軌交12號線龍華站—船廠路區間出龍華站后沿龍華中路北行，基本呈南北走向，途經華容路、宛平南路后進入船廠路站（圖1），沿線穿越的管線較多，區間上行線長度1 031.350 m，下行線長度1 040.217 m，區間隧道總長2 071.567 m。隧道縱坡為單坡，隧道頂埋深8.55～15.12 m。

圖1 盾構推進示意

1.2 地質條件

龍華站—船廠路站區間土壓盾構掘進主要穿越④1淤泥質黏土、④2淤泥質粉土、⑤2砂質粉土。其中局部有90 m全斷面穿越⑤2層。賦存于⑤2層的微承壓水水位埋深約為4.73 m。

2 盾構施工遇到的問題及分析

地質報告顯示，區間位于古河道沉積區，區間1～90環均處于全斷面⑤2層中進行出洞與推進施工，90環過后隧道上部逐步出現④2層土、④1層土，至480環，⑤2層含量約占50%，至700環后，⑤2層土逐漸消失。

2.1 在下行線盾構推進過程中遇到的問題

1）盾構開始施工時，同步注漿量設定為4.5 m3/環，后根據監測情況，調整至6.0 m3/環才能控制地面沉降。

2）管片螺絲容易松動。在施工中，管片脫出盾尾時對螺絲進行復緊，但管片脫出盾構后6～8環，螺絲又出現松動情況。

3）盾構機磕頭導致隧道軸線超標。由于土質偏軟，盾構施工過程中出現盾構切口及盾尾整體下沉、盾構坡度穩不住的情況，導致隧道軸線偏低。例如，盾構推進至43環時，為整修設備停止推進3 d，結果恢復推進時盾構整體下沉3～5 cm。類似情況在280環～300環再次出現，盾構停止12 h，同時降低了5個坡度，推進過程中下部千斤頂開足，上部千斤頂開到最小，依然無法抬坡。

4）隧道不穩定，有上浮和下沉現象。在1～50環施工中，對隧道軸線進行監測，發現管片在脫出盾尾5環后開始上浮，上浮最大點達到92 mm，后續又下沉約30 mm。

5）管片收斂變形較大。管片脫出車架后，項目部對管片收斂變形進行了測量，結果顯示，管片收斂變形較大，橫徑變形達到了10 cm。

2.2 原因分析

1）盾構推進過程中總推力、刀盤扭矩等參數并不大，與常規砂性土推進中推力大、扭矩大的情況并不一致。

2）土體搖振反應快，擾動后水土分離快。

3）區間上下行線土質存在較大差異。

4）下行線開挖過程中，在螺旋機出土中發現了大量貝殼，判斷可能遭遇古河道。對區間探孔資料進行分析，區間Q9XZ1～Q9XZ7共7個探孔中，④1層含水量均超過50%，其中Q9XZ4及Q9XZ6探孔超過60%，且⑥層黏性土缺少，根據上海工程經驗判斷，區間斷面位于古河道內。

3 針對性技術措施

3.1 采用雙液漿打環箍穩定隧道

每隔15環在盾尾后6環～后10環打1道環箍（圖2），環箍材料為雙液漿，注漿量為10 t水泥，防止隧道上浮并提供后坐力，并起到二次補漿控制沉降的作用。同時，在收斂變形較大位置對B塊注漿孔壓注雙液漿，達到控制收斂、穩定隧道的作用。

圖2 雙液漿環箍示意

3.2 使用泡沫劑改良前方土體

推進前方加入泡沫劑，根據出土情況適當調整泡沫劑用量，用量10～15環一桶。

3.3 合理設定正面土壓力

土倉壓力的設定值應根據沿線地質情況、隧道埋深及地面建筑物超載情況計算得到。在掘進過程中，應根據監測數據反饋和盾構機工況變化進行調整。常規土壓力的計算方式為靜止土壓力修正法，其靜止側壓力系數通過土工試驗和施工經驗確定。

在實際推進過程中適當提高正面土壓力設置值，防止超挖造成的土體損失，施工中控制切口累積沉降在1～3 mm，通過土壓力設置值及埋深反算側壓力系數取值為0.85。

3.4 嚴格控制同步注漿質量

嚴格同步注漿漿液質量，控制好同步注漿坍落度及相對密度，坍落度為14～16 mm，漿液相對密度為1.9。漿液中需適當增加石灰比例，提高漿液早期強度，保證隧道穩定。

3.5 適當增加同步注漿量

注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎并結合地層、線路及掘進方式等考慮適當的飽滿系數，以保證達到充填密實的目的。

根據施工實踐，這里的飽滿系數包括由注漿壓力產生的壓密系數、取決于地質情況的土質系數、施工消耗系數、由掘進方式產生的超挖系數等。

根據地面沉降情況，適當增加同步注漿量，龍華站—船廠路站區間下行線同步注漿量達到6 m3/環，相當于理論間隙的350%。該注漿量可以保證盾尾單次微隆0～1 mm。

3.6 復緊螺栓

推進過程中每半環復緊一次螺栓，管片出盾尾后、進入車架時、出車架前分別復緊一次螺栓。復緊過程中用扭力扳手檢查復緊情況。

4 隧道收斂變形處理

龍華站—船廠路站區間下行線1～300環隧道收斂變形較大，最大達到12.4 cm（下行線42環）。根據隧道收斂變形情況，需針對變形較大點進行收斂變形控制注漿。

1）注漿的主要目的是在含水量很高的古河道地質條件內（微承壓水），通過注漿來穩定隧道。

2）注漿思路為：通過隧道兩腰側向的雙液注漿，穩固隧道，減少隧道橫向收斂。

3）注漿原則為：采用微擾動注漿工藝，按照“少量、多次、對稱、均勻”的注漿原則進行注漿（圖3）。

圖3 微擾動注漿示意

古河道注漿加固計劃為：

1）第1階段：25～55環試驗段注漿，共7輪，注2 m。

2）第2階段：在龍華站—船廠路站區間旁通道開挖前，對收斂超過8 cm的點進行注漿，注5輪，每輪20 cm。

3）第3階段：在龍華站—船廠路站區間下行線盾構進洞后、鋪軌施工前1個多月時間對收斂較大的點進行重點注漿，力爭將收斂10 cm以上的點的收斂值控制在10 cm以下；收斂8～10 cm的點收斂基本穩定，不會繼續發展。

經過微擾動注漿加固，收斂超過10 cm的還有3環，計劃采用鋼套環進行加固，鋼套環采用厚20 mm、寬850 mm鋼板。管片環縫處錯臺量大于25 mm的設置騎縫加固鋼環，連續騎縫數不超過3環。

5 結語

1）施工前對盾構穿越地層進行深入的分析，對確定施工方案的合理性是必要的。

2）在古河道地質條件中，合理使用泡沫劑能發揮良好的土體改良作用。

3）在盾構管片上適當增設注漿孔，細化各注漿孔的注漿量，根據試推進段總結推進參數；包括調整正面土壓力設定、適當增加同步注漿量、多次復緊螺栓措施等對指導穿越古河道施工是重要的。

4）在隧道兩腰進行微擾動注漿，對控制隧道橫向收斂是有效的。

5）采用雙液漿打環箍，可以起到穩定隧道的作用。