淤泥質土地層中盾構下穿老海河沉降控制

陳金剛，張兆龍

（北京住總集團有限責任公司，北京 110101）

0 引言

隨著經濟發展，我國各直轄市（省會）城市都在快速建設地鐵，綜合功能、投資及施工難度等因素，導致地鐵線路不可避免要穿越房屋、橋梁、管線、老河流及湖泊等。土壓平衡盾構在淤泥質土地層施工過程中，河堤、河底沉降控制是相對復雜的技術問題，因淤泥質土具有較高的靈敏度，觸變、流變特性較大，強度較低，固結排水時間長，在動力作用下，土體結構極易破壞。施工過程中設定參數過高，可能擊穿河底，造成河水倒灌、淹沒隧道，造成巨大損失；設定參數過低，沉降過大，也有可能造成河水涌入隧道及河堤開裂。因此，盾構穿越河流過程中如何確保隧道及河道安全尤為重要。本文針對淤泥質土地層中盾構穿越老海河施工過程中施工控制措施展開研究分析。

1 工程概況

1.1 工程概述

天津地鐵1號線東延工程咸水沽北站—雙橋河站區間為雙洞單線隧道，區間線路自咸水沽北站直線始發，沿規劃海沽道向東鋪設，依次下穿魚池、養殖場、雙橋河道路及出入段線既有地下結構，而后經半徑490m曲線段后轉直線下穿老海河進入雙橋河站（見圖1）。本區間隧道右線起訖里程為DK44+530.393—DK45+465.87，全長935.482m；左線起訖里程為DK44+530.366—DK45+465.875，長鏈29.424m，全長964.933m。區間線路左右線間距14.80～44.36m。區間結構頂部覆土厚度9.98～17.66m。區間中心里程右DK45+045.384設置1處聯絡通道，通道采用凍結法加固礦山法施工。區間采用中鐵裝備土壓平衡盾構機（直徑6 410mm），盾構機總長85m，盾體長9.5m；盾構管片（C50P10）內徑5.5m，外徑6.2m，襯砌環全環由小封頂F、2塊鄰接塊L和3塊標準塊B錯縫拼裝構成。

1.2 水文地質

天津地下水受地質構造、地層巖性、地形、地貌、氣象及海進、海退等綜合因素影響，水文地質條件較復雜。本區間受2層微承壓水影響：第1層微承壓水主要為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，穩定水位埋深4.12～6.19m；第2層微承壓水含水層主要為⑩3粉土、⑩4粉砂、?3粉土、?4粉砂及?5細砂層，穩定水位埋深5.8～7.1m。2層微承壓含水以層⑨1、⑨2、⑩1、⑩2黏性土層為相對穩定的隔水層，各含水層厚度和埋深不均，中間分布的黏性土隔水層中夾有薄層含水層，致使局部第1、2層微承壓水上下聯通，水力聯系緊密。對盾構有較大影響的微承壓水含水層為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，盾構穿越老海河范圍地層技術參數如表1所示。

圖1 區間線路平面

1.3 老河海風險源

區間在DK45+350—DK45+400下穿老海河，河道上口寬35m，河底為料石襯砌，河堤兩側無襯砌，河底淤泥層厚約2.6m，枯水期水深2.5m左右，隧道結構拱頂距離河底最近約6m，洞身土層主要以淤泥質粉質黏土（拱頂）、粉質黏土為主，下穿老海河風險等級為II級。具體平面如圖2所示。施工前，對穿越老海河過程中易發風險進行分析并制定針對性措施，如表2所示。

圖2 老海河與隧道平面

2 盾構穿越控制措施

2.1 穿越前控制措施

穿越之前，選取海河河堤以外100m空地作為試驗段，根據河底與試驗段地表高程情況，布置4m深的監測點，監測點沿隧道軸線方向間距10m，監測斷面間距25m（共4個），如圖3所示。掘進試驗段之前，對設備推進、出土、注漿、盾尾密封及土體改良系統進行全面排查，排查報告責任人簽字，確保試驗段推進過程中設備正常運轉及數據準確。對試驗段推進參數、注漿及沉降綜合分析，確定穿越海河推進參數，試驗段數據統計如表3所示，土壓力、掘進速度與沉降值關系如圖4所示。

根據試驗段掘進參數與沉降值關系，最終確定推進、注漿等參數如下：①土倉壓力（上）控制在 60～80kPa；②推進速度控制在 40～50mm/min；③每環出土量按照 98%理論值（48.48m3）控制47.5m3/h（2斗滿+1斗裝3/4）；④螺旋輸送機轉速控制在8～12r/min；⑤刀盤扭矩控制在額定扭矩的 20%～30%；⑥每環控制在理論建筑空隙的150%～180%（4.68～5.62m3），注漿壓力0.10～0.15MPa；⑦每環隔3環進行二次補漿，補漿采用雙液漿，水泥漿（水灰比 0.8）∶水玻璃（30～40Be）為 1∶1。

表2 盾構下穿老海河易發風險及控制措施

表3 試驗段掘進參數統計

2.2 穿越過程中控制措施

穿越過程中，對所有管理人員及作業班組進行動員，并宣布獎罰制度，要求所有作業人員嚴格按照指令單執行。對注漿材料及管片進行“四檢制”，確保質量。具體重點工作如下。

1）下井前，認真核對管片型號、膠條黏結、吊裝孔、螺栓孔及破損（裂縫）等。

圖3 試驗段監測點斷面布置

圖4 土壓力、掘進速度與沉降值關系

2）每推完1環，2人對盾尾間隙進行實測，確保間隙分布較均勻。

3）嚴控管片拼裝錯臺，管片螺栓嚴格執行復緊制度，確保管片擠壓密實。

4）拼裝完成后千斤頂分區回收，并立即加壓，達到交底要求。

5）穿越期間選用較試驗段更優的油脂，在油脂桶上做標記刻度，每環必須達到規定值。

6）管片出盾尾5環后進行二次注漿，二次注漿從隧道兩腰開始，注漿一段時間后，將封頂塊吊裝孔裝上閥門并打開，觀察是否有漿液溢出，如有，繼續注1m3左右停止，否則繼續注漿。漿液為水泥漿+水玻璃（30～40Be）雙液漿（水灰比為0.8，體積比為1∶1），注漿實施注漿壓力和注漿量雙控。

7）盾構下穿老海河過程中，選優質泡沫對渣土進行改良，確保土壓穩定及螺旋機正常出土，不發生噴涌。

8）穿越海河范圍內使用的管片為多孔（16孔）管片，根據監測值隨時進行補漿。

9）盾構穿越過程中，對河堤和河底監測點沉降值與推進參數進行統計分析，得出盾尾距監測點距離與沉降值的關系曲線如圖5，6所示。

圖5 河堤測點沉降值與盾尾距離變化關系

3 結語與施工建議

針對土壓平衡盾構機在淤泥質土地層穿越老海河河堤（底）前、過程中采取的沉降措施，得出的盾尾與河堤（底）測點距離與沉降值的關系圖，并得出如下結論。

1）通過試驗段調整、優化掘進參數，盾構穿越老海河引起的最大沉降值滿足設計及河道管理部門控制指標要求。

圖6 河底測點沉降值與盾尾距離變化關系

2）盾構穿越淤泥質土等軟土地層時，掘進速度不是越慢越好，而是在注漿同步到位的前提下，掘進速度應控制在40～50mm/min，這樣對地層擾動較小，沉降指標可控。

3）淤泥質土層且開挖斷面含有微承壓水地層情況下，盾尾后5環應做好雙液漿“環箍”，防止同步漿液流失帶動地層土體引起附加變形。

4）淤泥質土層中盾尾未通過監測點之前，盾尾距監測點5～10m時，地表隆起值較明顯，最大值達8.7mm；盾尾通過監測點后，沉降急劇增大，盾構通過10m后，沉降值基本穩定，此種沉降規律是與其他地層最大不同之處，也要求類似地層施工必須做好管片脫出盾尾24h后的二次補漿工作。

本文針對淤泥質地層中盾構穿越老海河前、穿越過程中控制沉降技術及管理措施進行總結，希望為今后類似地層施工提供參考，后續飽和淤泥質粉土、淤泥等地層中盾構推進引起的沉降控制仍需進一步探討及實踐驗證。