盾構法在黏土地層中下穿既有箱涵控制措施

秦 榛

(合肥市軌道交通建設工程質量安全監督站，安徽 合肥 230000)

0 引言

隨著城市地鐵的建設，盾構法發揮了越來越重要的作用。合肥地區盾構多個地段下穿雨水箱涵，也曾發生過地面沉降報警的事故。合肥地區有著對于幾乎對所有土壓平衡盾構機而言都不易掘進的微膨脹黏土。對于合肥地區黏土層下的渣土改良，可以采用水作為改良劑[1]；盾構法隧道下穿既有結構三維數值模擬分析，說明通過施工參數的優化可以減小既有結構的沉降[2]。當盾構近距離穿越地下管線、結構基礎、人行通道等時也有可能誘發結構損害而導致使用性能受到影響[3，4]。下面立足于合肥某標段，對在黏土地層中的掘進控制技術進行了研究，總結下穿既有箱涵的安全控制措施。

1 工程概況

玉蘭大道站—金桂路站區間，采用盾構法施工，區間線路出金桂路站沿習友路西北方向敷設，最后相繼以R=1 000 m，R=400 m平面曲線進入玉蘭大道。隧道通過地層主要為⑥2硬塑狀黏土(微膨脹土)，屬Ⅴ級圍巖。

區間多處下穿及側穿雨水箱涵，箱涵走向與線路左線接近80°斜交，與線路右線近10°斜交，箱涵截面尺寸3 m×2 m，原箱涵頂板，底板為350 mm鋼筋混凝土結構，側墻為620 mm磚墻結構。左線隧道距離箱涵凈距2.22 m，右線隧道距離箱涵凈距2.4 m。

2 工程重難點

1)原箱涵頂板，側墻磚墻結構，結構脆弱，且原箱涵結構資料缺失。

2)穿越地段斷面為全微膨脹黏土，渣土改良不易，扭矩波動大，增加地層擾動。

3)曲線下穿難度大。下穿既有站段在緩和曲線上，曲線半徑為400 m，隧道開挖面為失圓，參數不易控制。

3 下穿雨水箱涵的掘進控制技術

3.1 穿越前準備工作

結合工程特點，本項目盾構機選用較大開口率復合式盾構，采用土壓平衡模式進行掘進。

3.1.1全斷面黏土掘進技術研究

合肥地區全斷面黏土改良是合肥地區土壓盾構掘進的難點。

通過查閱資料和向有經驗的人請教和自我實踐，主要是提高刀盤轉速，通過泡沫系統向刀盤面板添加泡沫和通過膨潤土系統向土倉加水。

刀盤轉速從一般的1.1 r/min，提高到1.3 r/m～1.4 r/m，水是多多益善，只要皮帶不打滑。

3.1.2掘進沉降規律研究

根據設計要求普通段累計沉降量控制在30 mm，下穿段控制在15 mm。

通過對掘進沉降的研究發現沉降變化趨勢是隨著盾構機的穿越和時間的推移沉降逐漸增大的。我們初略的把沉降分為三個階段，刀盤到達前、盾尾剛脫出、管片基本成型后沉降量。可以看出一般情況下，如圖1所示，刀盤到達前沉降量約占總沉降量30%，盾尾剛脫出后一段時間內沉降量約占總沉降量30%，管片基本成型后沉降量約占總沉降量40%。其中刀盤到達前沉降量可以通過增加土倉壓力進行控制，如圖2所示，但是在黏土地層中過大的土倉壓力往往意味著過高的扭矩，較低的掘進速度。在沉降允許的范圍內，應該選擇降低的土壓。并且對于刀盤到達前沉降量，后面的沉降量更容易控制，占比也更高。

針對此沉降規律在以后掘進段采取以下措施：

1)將土壓力適當提高。2)嚴格控制同步注漿方量。3)重視和加強二次注漿，至少每5環注一次。

3.1.3雨水箱涵前期調查與檢測

1)雨水箱涵內部管網視頻檢測。

通過與產權單位聯系，獲得了管網視頻檢測資料，習友路下雨水箱涵未發現任何明顯缺陷。

2)地質雷達檢測。

為了更好的掌握本區間的地質情況與雨水箱涵是否發生了滲漏水對周圍地質造成了侵蝕，我司對隧道沿線進行了地質雷達檢測。檢測段內共發現10處缺陷異常，檢測缺陷主要為不密實，未發現明顯的空洞異常。

3)針對性掘進措施。

從檢測結果與成果可以看出區間地質缺陷主要為地基下方土體不密實，無不良地質現象，未發生雨水箱涵侵蝕土體現象。在掘進過程中選擇合理的盾構機掘進參數，加強地表觀測，建立沉降監測系統，并加強掘進過程中的地面巡視及監測，即使盾構機通過以后，也應進行監測直至監測數據收斂穩定。

3.2 模擬段掘進

為了使盾構安全、順利，雨水箱涵在穿越前70 m～40 m 范圍內采用可靠的技術參數進行模擬段掘進，在下穿前后30 m作為控制段進行掘進。

主要確定原則是“快速平穩通過，控制同步注漿量，及時二次注漿”。對于各項掘進參數的控制，控制其平穩比控制數值大小更加重要。初步擬定的掘進參數見表1。

表1 初步擬定的掘進參數

在模擬段的掘進過程中發現，土倉壓力控制在0.8 bar～0.9 bar在模擬段掘進中略顯不足，此時的刀盤到達前的沉降控制較大，符合前面的沉降規律總結。綜合各方因素決定提高土倉壓力。確定新的掘進參數見表2。

表2 新的掘進參數

3.3 控制段掘進控制

1)為確保盾構穿越既有站施工的順利進行，成立了應急指揮小組，24 h現場值班，小組成員為參與方案論證的盾構專家及參建單位的領導。

2)為保證在整個穿越期間機械設備正常運轉，項目部成立施工設備保障小組，以應對施工過程中可能出現的各種設備故障。

3)施工前選擇具有施工經驗盾構操作手及管片拼裝手，并對其進行詳細的方案交底，現場對盾尾間隙每環進行測量。做好管片選型，保證管片拼裝質量，防止管片拼裝出現橢圓現象。

4)嚴格控制掘進參數，注意觀察渣土性態和螺旋機出水量，使得如果發生箱涵滲水現象能及時制止。

4 結論與討論

1)在黏土地層中渣土改良主要通過刀盤加水與提高刀盤轉速，使得黏土能被刀盤切碎并與水充分混合，從而不會形成大塊黏土導致出土困難。

2)地面沉降是個長期的過程，在初略的把沉降分為三個階段下，刀盤到達前沉降量約占總沉降量30%，盾尾剛脫出后一段時間內沉降量約占總沉降量30%，管片基本成型后沉降量約占總沉降量40%。適當提高土倉壓力有利于控制刀盤到達前的沉降，但往往會導致掘進速度的下降。嚴格控制注漿量和及時進行二次注漿有利于后續的沉降控制。

3)在下穿既有箱涵前的準備工作和下穿過程中的控制措施同等重要。應該在下穿既有箱涵前對箱涵結構進行調查，確定是否需要對箱涵結構進行加固，或者對地層進行加固。并初步擬定施工方案，掘進參數。

4)本工程只是對在合肥地區黏土地層中下穿既有箱涵控制措施進行了總結，黏土地層本身比較穩定，在其他地層情況下盾構下穿既有箱涵規律仍待總結。