土壓平衡盾構長距離下穿河流軟弱淺覆土施工技術實例分析

周雄威，李文龍，肖友柯，曹亞奇，王 捷

（中建隧道建設有限公司，重慶 401320）

1 工程概況

南寧市軌道交通5號線降橋站～金橋客運站盾構區間左線ZDK31+832.6～ZDK31+939.1（360環～410環）及右線YDK31+795.1～YDK31+906.1（335環～408環）下穿那考河支流及周邊池塘淺覆土區域，區間隧道隧頂距設計河底及池塘底部最小覆土為1.5～2.9m，下穿地質條件為從上到下依次為雜填土、素填土、淤泥、粉砂巖、泥巖，地下水位較高，施工風險極大。

2 淺覆土段抗浮處理措施

區間隧道最小覆土約為1.5m，為保證盾構穿越過程的安全，需對淺覆土地段進行抗浮處理，抗浮處理施工前需采用沙袋圍堰對河流進行引流導邊。現場采用抗浮壓板+抗拔樁的抗浮處理措施。

（1）抗拔樁施工?？拱螛恫捎肅35高性能水下混凝土。抗拔樁共87根，其中區間左線28根，中間32根，區間右線27根。區間左右線隧道中間樁長為16m，其余樁長為12m。12m長抗拔樁的單樁抗拔承載力不得低于433kN，16m長抗拔樁的單樁抗拔承載力不得低于866kN。施工前對區間隧道進行現場放樣，確?？拱螛恫粫秩攵軜嬎淼谰蜻M斷面?？拱螛妒┕そY束后，根據施工及質量驗收規范對抗拔樁進行質量檢測，檢測方法及數量應符合相關規范要求。對所有樁均應做低應變動測法檢測樁身完整性；單樁抗拔試驗檢測數量為樁總數的1%且不應少于3根，以保證抗拔樁滿足抗拔要求。

（2）抗浮壓板施工。抗浮壓板采用C35、P8高性能混凝土。抗浮壓板形式：200mm厚C20素砼墊層+800mm鋼筋砼抗浮壓板+100mm厚C35鋼筋網砼保護層?？垢喊逋瑫r兼做該段隧道河底防沖刷及可能的清淤保護措施。隧頂距抗浮壓板最小凈距為0.4m，施工過程中嚴格控制抗浮壓板的高程，以免侵入隧道。同時，在盾構穿越前需在抗浮壓板上進行填土反壓，填土厚度1.5m?？垢喊?抗拔樁斷面圖如圖1所示。

3 隧道上方軟弱土處理

（1）換填處理。施工抗浮壓板前，需對抗浮壓板底部下1.5m范圍內的淤泥，進行換填壓實處理。采用黏性土進行換填，換填壓實度不小于94%，以免抗浮壓板發生局部沉降，導致抗浮壓板的底部高程侵入隧道。

圖1 抗浮壓板+抗拔樁斷面圖

（2）地面注漿處理。在抗浮壓板鋼筋綁扎時，在抗浮壓板范圍按φ40@1500mm×1500mm梅花型預留注漿孔，待壓板混凝土達到設計強度后，對抗浮壓板板底下2.5m范圍采用中空玻璃纖維注漿管進行注漿，注漿完畢后，注漿管需上拔并保持與隧道0.5m的凈距，同時需封堵注漿孔。注漿漿液采用水泥單液漿水灰比0.8～1.0，注漿壓力0.5～1MPa，達到穩定壓力后保壓10～15min。

（3）洞內注漿處理。對ZDK31+877～ZDK31+940、YDK31+895～YDK31+930區段的盾構管片增設注漿孔，在盾構掘進時進行洞內注漿。注漿以充填注漿為主，漿液采用水泥單液漿，注漿壓力不大于0.5MPa?，F場應進行注漿試驗，確定漿液最優配合比、注漿壓力等參數，并評估對管片變形的影響。注漿過程實時監測管片變形及收斂以及管片接縫錯臺、漏滲等情況，及時調整注漿參數。特殊管片洞內注漿斷面示意圖如圖2所示。

圖2 特殊管片洞內注漿斷面示意圖

4 盾構參數控制

4.1 盾構機姿態控制

下穿那考河支流時，盾構機處在直線段且處于上坡掘進，根據地質情況，此地段可能存在上軟下硬地層，盾構機姿態控制比較困難。當盾構機在上軟下硬地層中掘進時，盾構姿態容易上浮，為了保持正確的掘進線路及保證良好的成型隧道質量，掘進時可降低推進速度，合理控制上下千斤頂的推進油壓，提前將盾構前點垂直姿態下壓，預留一定的管片上浮量。同時，盾構掘進過程中及時對管片螺栓進行三次復緊，且每環管片拼裝前應及時對盾尾進行清理。該工程實際施工過程中盾構前點垂直姿態控制在-20～-30mm。

4.2 土壓力設置

根據施工地段的隧道埋深、地層分布情況及地下水位高度，采用水土合算公式計算下穿地段的理論土壓力，計算過程中需考慮抗浮壓板、板下注漿及填土反壓等因素的影響，確定合理的土壓力，并在掘進過程中根據監測數據，對盾構施工土壓力參數進行動態化調整。該工程實際施工過程中土壓力控制在0.2～0.5bar。

4.3 掘進速度

盾構下穿時速度不宜過快或過慢，而是應該保持勻速推進，保證盾構機安全平穩地下穿風險地段。該工程實際施工過程中掘進速度控制在40～45mm/min，推力控制在1200～1500t，扭矩控制在1600～2200kN·m，螺旋機的轉速根據掘進速度與土倉壓力的變化來控制。實際施工主要盾構參數圖如圖3所示。

圖3 實際施工主要盾構參數圖

4.4 渣土改良

根據地質勘察報告可知，盾構下穿軟弱淺覆土地段地質為雜填土、素填土、淤泥、粉砂巖、泥巖，且地下水位較高。工程地質復雜，渣土改良是該工程的重點，在盾構機掘進過程中向掌子面和土倉內注入渣土改良劑來使渣土具有良好的塑性變形和軟稠度，減小滲透率。該工程實際施工過程中采用膨潤土漿液及泡沫劑來進行渣土改良掘進，膨潤土漿液、泡沫劑的具體比例需根據現場試驗確定。

4.5 出土量控制

對出土量進行三控，即體積、重量、密度。

（1）體積。盾構掘進時，值班工程師根據土箱體積大致計算出渣土體積并記錄在掘進參數表上。渣土體積按。理論出土量=π/4×D2×L=π/4×6.282×1.5=46.44m3/環，考慮巖土的松散系數（1.2～1.3），盾構掘進時的實際出土體積按55～60m3/環控制。該工程渣土外運采用18m3的渣土車進行，土箱高度約為1800mm，不考慮土箱內部結構，即為1m3/100mm。掘進過程中可通過掘進300mm出渣0.7車來控制。

（2）重量。龍門吊司機根據龍門吊稱重系統分別將每個土箱與渣土的總重以及倒完渣土后的土箱重量記錄在渣土稱重表上，據此可計算出每環渣土總重量。如與理論重量差距過大，應及時進行分析并采取相應措施。

（3）密度。取用盾構掘進地層天然狀態下的土，加入適量的水，實測出加水后土的密度。此密度應與通過重量和體積計算出的渣土密度大致一樣。

通過渣土體積、重量、密度三個方面的管控來判斷是否超挖，一旦超挖及時對相應環號進行二次補漿。

4.6 注漿控制

盾構機配有2臺液壓驅動的注漿泵及1個帶攪拌的7m3漿液罐，掘進時通過盾殼上設置有注漿管路將漿液注入到開挖直徑和管片外徑之間的環形間隙。

最初的注漿壓力可取大于靜止水土壓力0.1～ 0.3MPa，并避免漿液進入盾構機的土倉中，在實際掘進中將不斷調整優化。注漿量根據不同的地質情況和地表隆陷監測情況進行調整和動態管理，注漿壓力漸近增加以滿足注漿量為上限值。注漿速度應于盾構機的掘進速度相適應，根據掘進速度做動態調整。該工程同步注漿壓力實際控制在2～3bar，注漿量控制在6m3左右。

在隧道與淺覆土區域交匯區及前后10m范圍進行洞內二次注漿，充填管片背后的空腔。注漿材料采用雙液漿即水玻璃—水泥砂漿，水泥采用P.042.5級，水玻璃采用35～38Be原液。水泥漿不摻入其他材料，水灰比為0.5∶1，水玻璃與水按1∶1稀釋，注入時水泥漿液與水玻璃體積比擬采用水泥漿∶水玻璃=1∶1，注漿參數根據現場實際注漿效果不斷優化，并及時調整。同步注漿漿液配合比如表1所示。

表1 同步注漿漿液配合比

5 結束語

目前，很多城市規劃了密集的地下軌道交通網絡，也因此給地鐵隧道施工帶來了許多施工難題，該工程覆土厚度不足0.5倍洞徑、覆土地層軟弱且含水量大，施工難點及特點鮮明，技術措施效果明顯，可參考性強，對其他類似工程可以起到參考和借鑒的作用。