盾構下穿公路隧道微擾動控制技術研究

李記軍 惠子華 肖亞俊

(1.無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214000； 2.中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200000)

0 引言

區間隧道盾構法施工因其施工速度快、安全性高、成本相對低等眾多優點，在城市地鐵施工中應用越來越廣泛。由于新時代對城市交通需求的增加，新建地鐵線路(特別是主城區)不可避免的要穿越既有建筑物及構筑物。區間隧道在穿越建構筑物期間對建構筑物沉降控制提出很高的要求[1]，盾構機掘進過程姿態控制、漿液選擇、刀盤扭矩及推力控制等成為較為棘手的技術難題[2]，本文通過一個實際案例分析了盾構隧道近距離穿越建構筑物時針對沉降控制采取的技術措施。

1 工程概況

1.1 工程簡介

無錫市軌道交通3號線永樂東路站—金海里站區間盾構下穿太湖大道隧道約27.5 m。區間以R=400 m穿越太湖大道隧道底，太湖大道底板厚1 000 mm，隧道頂距底板底5.222 m～5.56 m，底板下有長12 m φ1 000工程樁，區間自樁中間穿越(穿越樁間距12.3 m，盾構直徑6.440 m)，距離工程樁最小距離為2.22 m，如圖1所示。

根據勘察報告，盾構在太湖大道隧道位置穿越主要土層上部為④2粉砂層，中下部為⑤1粉質粘土層和⑥1粘土層。

擬建工程沿線地下水類型為松散巖類孔隙水，包括潛水(二)、微承壓水(三)1及第Ⅰ承壓水(三)2。

潛水(二)賦存于①1雜填土，隔水底板為③1-1粘土、③1粘土、③2粉質粘土。

微承壓水(三)1含水層賦存于④1粘質粉土、④2粉砂夾粉土層中，其隔水頂板一般為③1粘土、③2粉質粘土，隔水底板為⑤1粉質粘土、⑥1粘土、⑥2粉質粘土。

第Ⅰ承壓水(三)2主要賦存于深部的砂性土⑥3粘質粉土、⑦2粘質粉土層中，賦水性中等，具有相對較好的封閉條件。

1.2 隧道下穿太湖大道重難點分析

盾構機在該區域施工的過程中，如果土艙壓力設置過大、螺旋排土器排土量少，會對開挖面前方土體造成擠壓作用，使其土水壓力進一步增大，造成開挖面上方土體因擠壓產生土體變形，致使隧道底板隆起變形；若土艙壓力設置過小，掘進過程中易產生局部超挖情況，進而造成盾構開挖面前面土體塌方現象，塌方地層上部應力松弛而產生變形，太湖大道隧道底板因地層變形將產生較大沉降[3]。如何保證隧道穿越時土體穩定，控制太湖大道隧道沉降量不超允許值[4]，是本工程施工控制的重點及難點。

2 隧道穿越過程管控措施

由以往施工經驗和該隧道特征，工程將盾構穿越分為A區(試推進段)、T區(盾構穿越段)和B區(盾構穿越后段)三個區段。

將穿越太湖大道隧道前45環～5環作為穿越前推進試驗段，即左線237環～277環，右線246環～286環。在兩個試驗段的施工過程中，以控制太湖大道隧道沉降變形為主要目標。

穿越段開始于盾構切口到達管道前5環，結束于盾尾脫出管道范圍5環后，共35環(盾構穿越太湖大道隧道管片環數左線為277環～301環，右線為286環～310環)。利用試推進段施工情況及以往施工經驗，得出合理的施工參數，應用于施工中。

穿越后階段定為盾尾脫出太湖大道隧道后6環～20環，總計15環，長度為18 m。

3 隧道下穿具體施工技術

為了探索盾構穿越太湖大道隧道穿越段適用的關鍵施工技術和施工參數[5]，保證新建隧道順利通過太湖大道隧道，在盾構穿越太湖大道隧道前進行兩次試驗段關鍵施工控制技術研究。

3.1 施工關鍵參數設定

開挖面及土艙壓力的平衡設定是土壓平衡盾構施工的關鍵，其中包括推力、推進速度和出土量三者相互關系，其對盾構施工地層變形量的控制起主導作用[6]。通過在試驗段進行施工關鍵參數的調整及測試，施工時地表沉降變形及建構筑物沉降均處于安全可控范圍內，其主要參數如表1所示。

表1 盾構穿越太湖大道隧道試驗段施工參數

3.2 盾構隧道下穿同步注漿技術

試驗段同步注漿采用“準厚漿”，準厚漿其漿液粘稠，填充效果好，無滲漏現象發生，泌水性小；漿液有較好的抗滲漏性能，漿液的后期強度高；結合前期施工經驗，最初的注漿壓力是根據理論的靜止水壓力確定，取1.1倍～1.2倍的靜止水壓力，該段推進過程注漿壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa范圍內，注漿量控制在5.5 m3/環～6.0 m3/環。

在穿越段施工前，對漿液配合比進行不同的試驗調配及性能測試，如表2所示，結合粉細砂地層特點優選出滿足使用要求的配方，如表3所示。

表2 同步注漿漿液初步配比

表3 同步注漿漿液性能表

3.3 盾構隧道下穿二次注漿技術

為了提高止水效果且減少施工后期土體沉降的影響，在脫出盾尾的第3環～4環起，經管片預留注漿孔進行二次補漿作業，對空隙部分二次填充，每環注漿量控制值為1.2 m3左右，因二次注漿為隔環注漿，因而每次注漿量初步定為2.4 m3，注漿壓力控制為0.4 MPa。

二次注漿采用水泥—水玻璃雙液漿作為注漿材料，漿液的凝膠時間為30 s～1 min。

漿液配比為水玻璃用水稀釋成1∶3，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1，具體參數如表4所示。

表4 雙液漿漿液配比表

3.4 盾構下穿姿態軸線控制技術

1)盾構穿越太湖大道隧道時，施工管理人員根據測量及反饋的數據信息，及時下達操作指令，勤加跟蹤調整。

2)在穿越段施工時做到實際與設計軸線偏差±30 mm以內，堅持“小糾偏，勤糾偏”的原則，控制好盾構糾偏量。

3)通過組合不同的千斤頂實現糾偏，相對區域油壓差控制在5 MPa以內，伸出長度差小于2 cm，避免發生糾偏過大的情況，造成對正面土體的偏向擠壓和不均勻擾動。

4)結合工程地質情況，提前考慮掘進過程中將產生的偏差，做好盾構姿態糾偏準備，實現盾構機身與設計線路夾角控制在0.3%以內。

4 盾構隧道下穿地表沉降監測分析

依據本單位盾構穿越建筑物的施工經驗，將盾構施工影響范圍內長度再加上前100環管片寬度(120 m)和后30環管片寬度(36 m)的范圍劃為沉降控制區域，并再次細分，將隧道寬度及前方12 m以及后方36 m定義為一類控制區，其他區域定義為二類控制區。

因左線首先下穿公路隧道，穿越段共設有3個與隧道軸線方向垂直的監測面，每個監測面設10個沉降監測點，如圖2所示。根據中間一個監測面的沉降點監測沉降情況如下：11月10日盾構開始下穿隧道，地表出現較大的沉降值變化，隨著盾構的施工，地表沉降出現較大差異，部分監測點出現隆起現象，施工期間共對監測點進行54 d的記錄，從最終沉降可以看出，地表沉降趨于穩定，最大沉降量小于4 mm，在規范控制值范圍內，這也充分說明盾構下穿掘進過程中采用的施工參數和技術措施對地表沉降起到了很好的控制效果。

5 結論與建議

針對砂土地層盾構穿越建構筑物，通過設置試驗段的測試和穿越段的應用，探索出以下適合的施工參數：

1)盾構掘進過程中的平衡壓力設定值宜為0.20 MPa～0.22 MPa、刀盤轉速取0.9 rpm～1.3 rpm、土量控制在36.74 m3/環～37.50 m3/環；

2)盾構推進過程的同步注漿壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa范圍內，注漿量控制在5.5 m3/環～6.0 m3/環，二次注漿每次注漿量為2.4 m3，注漿壓力控制為0.4 MPa；

3)盾構糾偏過程中，相對區域的千斤頂油壓差應小于5 MPa，伸出長度差小于2 cm。

砂土地層盾構穿越已有建構筑物時宜采用“先試驗、多注漿、慢速度、勤測量、少糾偏、二次補”的動態控制理念進行沉降控制，將主動(試驗段摸索施工參數)控制措施和被動控制(通過監測數據動態調整施工參數)措施相結合，不僅能有效地控制穿越過程中建構筑物的沉降，也可以控制隧道后期的沉降變形。上述成果為類似砂土地層盾構下穿建構筑物施工提供了重要的實踐依據。