淺覆土砂卵石地層盾構穿橋技術

柳麗瓊

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

1 工程概況

呼和浩特市軌道交通2號線一期工程百合路站-新店站區間為地下雙單線區間，盾構區間起于百合路站，沿成吉思汗東街敷設，側穿科爾沁高架橋橋樁后進入新店站。

本區間隧道全長496.947m。區間隧道全線敷設于地下，采用盾構法施工。區間線路出百合路站后，以2‰、10.6‰的坡度上坡，再以2‰的坡度下坡到達區間線路設計終點新店站，區間結構頂部覆土厚度最淺處穿越科爾沁快速路高架橋。

2 水文地質及工況分析

百合路站-新店站區間沿成吉思汗大街向東，地形較平緩，地面高程介于1086.85～1087.85m,地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原。區間穿越地層主要為3-5細砂、3-6中砂、3-8礫砂、3-9圓礫層、3-10卵石層等。

下穿高架橋區域盾構區間主要通過卵石層（含量約30%，粒徑60～300mm)、圓礫層（含量10%，粒徑20～200mm)。

科爾沁快速路高架橋為剛箱連續梁橋（剖面圖見圖1），基礎直徑為1200～1500mm的摩擦樁，樁長為42m。區間在里程DK26+945.527～DK27+002.100 和DK26+946.830～DK26+995.951段下穿科爾沁快速路高架橋橋樁，盾構區間結構外側距離最近橋樁距離為4.94m,此里程盾構覆土埋深5.948m。

3 盾構技術方案及優化設計

3.1 盾構選型

3.1.1 盾構機整體選型

考慮到地層的適應性以及高架橋施工風險，由于本項目工程地質與水文地質的變化很大，在這種含有不穩定地質狀況下，選擇復合式土壓平衡盾構機，先進的刀盤及出碴系統的設計能夠有效地控制掌子面及地表沉降，減少刀盤、刀具及螺旋機的磨損[1]。

圖1 下穿高架橋剖面示意圖（單位：mm）

3.1.2 合理選用刀盤

1）合理設計刀盤，刀盤結構采用Q690特種鋼板制作，刀盤的防磨損保護是通過在整個刀盤包裹LOVSUNS特種耐磨合金鋼板實現的。

2）本項目采用的刀盤在始發之前，經過全面改造，刀盤開口率達42%，開口在整個盤面均勻分布，利于渣土流動流暢及土壓傳遞更真實，不易形成刀盤泥餅。

3.1.3 設置獨立的渣土改良系統

在刀盤上設計有7個分別獨立控制的渣土改良噴嘴，用于對刀盤中心及各個容易結泥餅部位的沖洗和清理。這樣可以防止渣土在刀盤中心區域堆積（沖向開挖倉底部），起到有效保護刀具的作用[2]。土艙內配置6個渣土改良注入口，螺旋輸送機沿軸向均布4個渣土改良注入口，保證渣土從被刀盤切削下來直到排出均得到有效改良，并且有效降低螺旋輸送機卡死情況的發生。

3.2 下穿高架橋盾構技術參數確定

3.2.1 盾構掘進參數確定

在進入科爾沁快速路之前，選取50m設置試驗段，為了能快速下穿快速路，在此范圍內調整盾構掘進參數，最大程度提高掘進速度，減少掘進速度慢對地層的長時間擾動。

經過試驗段的參數實施及調整，確定盾構下穿高架橋期間盾構機的各項參數（主要有正面土壓力、千斤頂頂力、推進速度、刀盤扭矩、排土量、螺旋機轉速、同步注漿壓力及注漿量等），使之對橋基影響控制在安全、可靠的要求范圍內。

1）盾構機正面土壓力上土壓力：0.8～0.9bar;

2）盾構推進速度控制：25～35mm/min;

3）盾構機千斤頂總推力：7000～8500kN;

4）刀盤轉速：1.1～1.3r/min;

5）螺旋輸送機的轉速：8～12r/min。

3.2.2 及時進行壁后注漿和二次注漿

1）嚴格控制盾尾同步注漿量和漿液質量，并及時進行二次注漿。

2）盾構推進時，為防止圍巖松動和下沉的同時管片漏水，達到管片環的早期穩定以及防止隧道的蛇行，需對盾構外徑及襯砌外徑間的空隙進行同步注漿[3]，注漿壓力約0.2～0.3MPa,并根據盾構推進速度控制注漿量，穿橋期間實際注漿量采用理論值的150%～250%。

3）二次壓漿在管片出盾尾5環后進行，二次注漿從隧道的兩腰開始，注完頂部再注底部，注漿壓力和注漿量雙控。

3.2.3 優化渣土改良及效果

在土壓平衡式盾構施工過程中，開挖面土體的流動性十分重要，為提高開挖面土體的流動性，通過對開挖出渣土進行改良來滿足現場施工。

根據本工程穿河范圍內的地質特點，從試驗段開始進行泡沫的優化，主要從泡沫劑的類型、注入參數等方面進行了優化。

選用進口型巴斯夫泡沫劑，通過6路管路打進土倉及刀盤。其中中心一路配合高壓水槍沖洗刀盤背后，其余5路全部打入刀盤前方土體。

泡沫注入參數優化調整如下：

1）膨脹率（FER)值：1：10～1：20，并根據刀盤刀具半徑進行適當調整。

2）泡沫流量：150～300L/min,根據出土情況及時調整注入參數。

經過幾項措施的全面優化，渣土改良效果明顯，排土順暢。

3.3 盾構穿橋優化措施

3.3.1 方案優化的重要性

沉降要求標準高：承臺及樁基水平位移變形累計值為6mm,變化速率1mm/d;相鄰墩臺差異沉降累計值6mm;橋梁裂縫累計值0.2mm。

3.3.2 二次注漿向深孔注漿優化

在右線DK26+957.404～DK27+003.904管片靠近橋樁的一側施作二次深孔加強注漿加固（采用16孔特殊管片，取代普通段落的二次注漿），二次深孔加強注漿加固采用水泥砂漿。注漿結束后，拆除注漿頭，用雙快水泥砂漿對注漿孔進行封堵，帶上螺堵。

二次加強深孔注漿采用雙液漿，水灰比=1：1，水玻璃：水=1：1，水泥漿：水玻璃混合液=2：1，靜止狀態下初凝時間控制在10～15s。每環的注入量為10包水泥、2桶水玻璃。

4 結語

綜上所述，以呼和浩特市軌道交通2號線一期工程百合路站-新店站區間為研究對象，通過上述工程實踐可得，砂卵石地層自穩性差、土質松散且下穿快速路區段隧道埋深淺，盾構施工易造成地表沉降，一旦超挖或者注漿不密實，會極大影響地面交通正常運行，因此在下穿期間控制超欠挖、控制土層壓力、及時注漿尤為重要。