盾構四次近距離下穿北引干渠掘進參數控制方法

冼嘉和，李悅民

（中交第四航務工程局有限公司，廣東 廣州 510290）

1 工程概況

廈門軌道交通2號線東孚站～馬鑾北站—出入場線區間，區間隧道四線下穿北引干渠。東孚站～馬鑾北站區間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為4.45m，與北引干渠相交段隧道埋深9.77～10.21m；出入線區間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為1.87m，與北引干渠相交段隧道埋深7.12～7.23m。區間隧道下穿北引干渠相交長度約13m.北引干渠采用2 孔明挖矩形框架結構，單孔凈空尺寸為3.6×3.8m，結構全寬8.25m，全高4.5m，結構厚度為0.35m，采用C20 鋼筋混凝土結構，結構底為10cm 厚的C10 混凝土找平層+30cm 厚的砂石墊層，引水干渠內設計水深3.22m，每15m 設置一處伸縮縫，伸縮縫寬2cm，設中埋式止水帶。

2 地質水文情況

（1）地質情況。北引干渠位于的地層主要有<1-1>雜填土、<8-1-2>粉質黏土、<8-4>中砂、<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土。東孚站～馬鑾北站—出入場線區間，穿越北引干渠位于的地層<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土、<12-1>全風化凝灰熔巖。

（2）水文情況。區間下穿北引干渠周邊水位標高為1.58m，地下水主要為第四系松散巖類孔隙含水巖組，該含水層中地下水屬上層滯水或潛水，滲透性中等～較好，富水性一般～中等；砂層、卵石層場地廣泛分布，含水層厚度3～7m，地下水類型主要為承壓水，局部地段覆蓋層缺失轉為潛水，是場區內主要含水層和強透水層，水量豐富。

3 施工難點及沉降控制要求

（1）區間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為1.87m，控制箱涵的穩定難度大。（2）在穿越段，沒有對北引干渠進行加固的條件，只能依靠調整盾構參數及加強施工技術來控制沉降。（3）盾構機4 次近距離下穿北引干渠，多次對地層擾動土體的應力疊加容易造成干渠的破壞，施工參數控制及干渠保護要求高。（4）沉降控制要求高。根據設計圖紙盾構下穿北引干渠，干渠的隆沉、位移和差異沉降需滿足以下要求：累計沉降≤20mm，變化速率≤2mm/d，差異沉降≤0.25%Lg，Lg 為管節長度15m/節。

4 建模計算分析

（1）計算模型及參數。采用FLAC-3D 有限元軟件進行數值模擬分析，土體選用摩爾—庫侖彈—塑性本構模型模擬，隧道結構、北引干渠選用彈性本構模型模擬。

（2）計算結果。計算模擬的施工順序：先東馬區間左、右線通過，然后施工出入場線區間左、右線。東馬區間左線通過后計算結果為：引起地表最大沉降為8mm，北引干渠的最大沉降為3.1mm。東馬區間右線通過后計算結果為：引起地表最大沉降為8mm，北引干渠的最大沉降為2.8mm。出入場線左線通過后計算結果為：引起地表最大沉降為10mm，北引干渠的最大沉降為5.1mm。出入場線右線通過后計算結果為：引起地表最大沉降為14.6mm，北引干渠的最大沉降為7.3mm。通過計算分析可知，盾構隧道施工完成后，地表累計的最大沉降為14.6mm，北引干渠累計的最大沉降為7.3mm，滿足設計要求。

5 掘進參數確定與過程控制

5.1 掘進參數確定

（1）設立試驗段。在距離北引干渠30m 處設立試驗段，在試驗段區域內施工過程及時采集刀盤進入影響區前、刀盤經過時、盾體經過時、管片脫出盾尾時、后期沉降5 個階段沉降的數據。根據沉降情況對盾構施工進行動態指導，及時調整施工參數控制地表沉降。根據隧道埋深、地質資料確定試驗段盾構掘進的相關參數，見表1。

表1 試驗段盾構掘進的相關參數

（2）確定盾構下穿掘進參數。通過試驗段在各階段的監測數據分析總結，試驗段的地表沉降最大值-9mm，盾構掘進參數對比方案中設定值有偏差。因此，以試驗段總結的數據，確定各盾構下穿北引干渠掘進的參數，見表2。

表2 盾構下穿北引干渠掘進的參數

5.2 監測點位布置

監測點布置以真實反應北引干渠的變形情況，通過數據處理信息反饋，為盾構掘進施工提供優化參數的依據，做到信息化施工。下穿主要影響區內每10～15m 布設一監測點，次要影響區域內每15～30m 布設一監測點。沉降監測點直接在北引干渠上布置測點。

5.3 盾構下穿掘進過程中控制

（1）保持土壓掘進。保持推進速度基本不變，調節螺旋機的轉速或出渣門的開度，達到控制出土量及保持土倉壓力值。

（2）連續快速通過下穿段。合理推進速度保證同步注漿的填充效果，提高推進速度減小刀盤對地層的擾動。

（3）渣土改良。穿越北引干渠位于的地層<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土、<12-1>全風化凝灰熔巖，為確保盾構正常出土，使用優質的泡沫劑改善開挖面土體的和易性，使其排土流暢，減小刀盤扭矩，同時可在開挖面形成止水帷幕，更有利于土倉壓力控制，減小切口前方地面沉降。

（4）加強注漿控制沉降。根據試驗段數據及理論計算控制同步注漿量，以壓力、方量雙重控制，以壓力控制為主，保證同步注漿足量注入。

（5）提高停機保壓值。盾構下穿時采用土壓平衡模式掘進，土倉壓力結合試驗段取得的數據確定。每環掘進完成后，停機保壓時適當提高0.1～0.15bar，保證土壓力與開挖面的穩定。

（6）出土量控制。出土量采用量測渣土體積的方法來控制，根據試驗段得到渣土的松散系數及不同地段的密度，準確統計渣土改良注入方量，確定每環的出土量，在渣土箱上做好刻度計量每環實際的出土量，若出現出土量異常，要及時分析查找原因，同時加強地表監測。

（7）監控量測。盾構下穿施工期間，監測人員對地表土體隆陷及干渠變形情況進行監測，并做好監測記錄，及時繪制位移～時間和位移速率～時間曲線，對數據進行回歸分析，推算最終位移值，確定曲線變化規律，以數據指導現場施工，做到信息化施工。

5.4 盾構下穿通過后沉降控制

盾構下穿北引干渠通過后，根據地表監測數據發現下穿北引干渠段仍然有較小沉降。由于隧道頂距渠底距離小，為避免因二次注漿壓力過大對干渠造成隆起超限或破壞，現場利用管片增設的注漿孔采取少量多次，分散低壓的注漿原則，對下穿北引干渠沉降段進行補注雙液漿，以填充同步注漿漿液收縮的間隙，同時加快漿液的固結速度，壓力控制在2.5～3.0bar，有效控制了下穿北引干渠段后期的沉降。盾構四次下穿北引干渠后，地層變形趨于穩定，北引干渠累計變化量最大為5.9mm，未超出控制值，沒有出現任何滲漏水現象，北引干渠結構穩定安全。

6 結語

綜上所述，廈門軌道交通2 號線東孚站～馬鑾北站—出入場線區間盾構四次近距離安全順利下穿北引干渠，通過監控量測準確掌握北引干渠在盾構下穿施工中的變形狀況，通過同步注漿、二次補漿等輔助變形控制措施將變形控制在安全范圍內，為不斷地類似下穿施工提供了經驗。