盾構機下穿永定新河施工技術

孫鳳東

(中鐵三局集團天津建設工程有限公司，天津 300350)

0 引言

天津地鐵5號線，自天津市北辰區、河北區、河東區、河西區和南開區，至西青區，全長35 km。本條線路與6號線形成閉合圓形，是天津市重要的軌道交通線路之一。本文所述下穿永定新河是本條線路中北辰區內的重要施工控制工程。

1 工程概況

本地鐵線北辰科技園北站—丹河北道站盾構區間為雙線隧道，采用盾構法施工，全長1 737.8 m；區間左線起訖里程左DK0+840.211～左DK2+576.300，設有兩處長鏈分別為0.012 m，1.702 m，區間右線起訖里程右DK0+840.200～右DK2+576.300，設有一條長鏈為1.646。

線路縱斷面上，線路呈“V”字坡。本區間以2‰的上坡出盾構井后，以28‰,10‰,3‰的坡度下坡，再以6.187‰,15‰和2‰的坡度上坡到達區間線路終點。

永定新河河寬176.8 m，深2.91 m，河底與隧道結構最小凈距為8.0 m，覆土厚度大于1.0D。區間在里程DK1+126～DK1+327(第191環～第325環，共135環)下穿永定新河，主要穿越地層為⑥4、⑦和⑧1粉質粘土，⑧11粘土，局部穿越⑧13粉土，覆土厚度為8.0 m～14.0 m。

DK1+180位置為變坡點，線路坡度由28‰下坡變為10‰下坡，由R=5 000 m，2T=90的圓曲線過渡。

盾構機下穿永定新河剖面圖見圖1。

2 盾構下穿永定新河的施工措施

2.1 盾構機穿越河流前準備工作

1)盾構機在掘進到永定新河前50環左右，選取穩定性好的區域，進行盾構機、后配套臺車及整體系統的維護和檢修，盡量避免在永定新河下出現停機狀況。

2)在盾構作業面儲備常用應急物資，包括海綿條、聚氨酯、棉被、堵漏的快凝水泥，同時盾尾油脂采取“使用一桶，備用一桶”的措施，以備特殊情況的使用。并對作業人員開展盾構穿越河流的技術、安全培訓。

3)盾構掘進過程中，確保盾尾間隙均勻，及時記錄每環盾尾間隙，出現較大偏差時，應及時調整盾構機姿態，減少管片對盾尾刷的擠壓。

4)對堵塞的注漿管進行疏通處理，同時采取洗管措施防止堵管情況發生，減少盾構停機時間。

5)對分別通往開挖面、土倉、設定合理的土倉從泡沫管進行疏通。

6)在右線采用兩臺電瓶車編組進行施工，縮短工序之間停機時間，保證盾構勻速、穩定施工。減少在河流下的掘進時間。

2.2 盾構機主要參數設定

1)土倉壓力。盾構在下穿河流時土倉壓力的控制尤為重要，必須設定合理，保證不因土倉壓力過大或者過小而擾動河底土體。根據前一階段的掘進參數及本區段地質情況，土壓設定為：0.10 MPa～0.16 MPa(并根據實際情況進行調整)。

2)同步注漿。盾尾注漿有兩大目的：一是填充管片與土體間產生的建筑空隙，控制地層沉降；二是在管片外形成一道防水層，增加防水性能。

盾構施工中最大的風險在于河水與盾構隧道的貫通，隧道注漿做到填充即可，嚴防壓力過大形成劈裂注漿。注漿壓力設定在0.23 MPa～0.28 MPa(根據不同地質條件進行調節)。注漿量控制在理論值的150%，大概在4.68 m3。

3)盾構掘進速度。

盾構掘進速度以保證勻速施工為最佳，結合施工經驗，盾構掘進速度基本控制在20 mm/min～50 mm/min。

4)刀盤的轉速參數設置。

盾構機下穿永定新河時，應采用低扭矩低轉速向前推進，減少對周圍土體的擾動，將周圍土體的隆起和沉降降到最少，施工過程時刻監控刀盤扭矩的變化情況，及時對扭矩和轉速進行調整。

刀盤轉速在(0.8～1.0)r/min，扭矩小于2 500 kN·m，保證盾構機勻速平穩通過，同時根據當時地質情況適當調整，使盾構機能夠順利通過。

5)盾構掘進姿態保持與隧道軸線一致。

在盾構機掘進過程中，應保持盾構掘進偏差在設計允許范圍內，若出現偏差時，需嚴格控制每環管片的糾偏量，通過調節千斤頂的伸長量，盡量單環糾偏量不超過4 mm。

在河底下糾偏坡度控制在±1‰之內，一次糾偏量不超過4 mm。

在河底掘進時，應杜絕打開鉸接，防止鉸接漏水。本盾構在穿越河流前施工前已提前調整了姿態，保證在河底不調整姿態或微調姿態。

6)盾尾密封是盾構掘進的重要保障，在本盾構穿越河流時采用三道盾尾密封刷，平均每10環進行一次全面檢查，保證盾尾油脂均勻注入，注脂壓力大于4 bar，每隔4環采用手動模式補注一圈油脂。保證盾尾油脂注入量在50 kg/環以上。

2.3 盾構機過后的再補強措施

1)二次注漿。在盾構機掘進時，隨著同步注漿的脫水和凝固，體積會收縮，造成襯砌和土層的分離，為了充實背襯，并提高止水能力，盾構機在下穿永定新河時，每7環后進行二次注漿，主要進行補注水玻璃+水泥砂漿的雙液漿。

2)管片三次復緊。隨著盾構機的掘進，會對已緊固的管片進行擾動，造成螺栓的松動，為防止因管片的松動變形引起地層的過度擾動，需要對管片進行三次緊固。即為拼裝管片時一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續盾構掘進至每環管片拼裝前，對相鄰已成環的3環范圍內管片螺栓進行全面檢查并復緊。

3 質量保證措施

1)盾構掘進速度，應與控制的地表沉降值、螺旋輸送機出土量、正面土壓力調整值及壁后注漿等相協調。

2)根據地質、線路平面、高程、坡度等條件，盾構掘進中應嚴格控制隧道軸線的平面位置和高程，其允許偏差均不得大于±50 mm，正確控制千斤頂的伸縮個數和油壓。如盾構停息時間較長時，必須保證盾構正面土體的壓力，并要防止千斤頂的后縮。

3)盾構機掘進中要及時壓注盾尾油脂，保證盾構尾部不發生漏漿。

4)當盾構前方發生坍塌或遇障礙物時，應停止掘進，分析原因并采取措施。

5)施工后的地表變形量：控制在+10 mm～-30 mm范圍內。

6)掘進中要認真填寫施工記錄。記錄表要求準確、完整、清晰。

7)要嚴格控制每組推進油缸的行程，保證每組推進油缸的行程差小于20 mm。

8)盾構操作手和管片拼裝手在進行操作時，應以隧道的整體線形為前提，嚴格控制各項參數，糾偏時需滿足后續施工的限值。

9)封頂塊安裝前，對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入80 cm，調整位置后利用推進油缸與管片安裝機配合縱向頂推到位。

10)管片安裝到位后，及時伸出相應位置的所有推進油缸頂緊管片，其頂推力大于穩定管片所需力，然后方可移開管片安裝機。

堅持前一階段對管片拼裝的記錄，包括盾尾間隙及管片錯臺。同時加強管片拼裝時的質量控制，減少管片的破損。

4 應急措施

4.1 螺旋機噴涌主要處理方法

在掘進過程中，如果土壓控制不當，對土體擾動過大，會造成河底隆起或沉降，從而形成水流通道。砂層在水作用下形成流體狀進入土倉，隨著倉內壓力的增大，形成噴涌現象。

盾構機穿越河道時應采取的措施：1)設定合理的土倉壓力，盡量減少對隧道圍巖的擾動；2)降低渣土中水的比例，嚴格控制渣土改良效果；3)同時加強設備的維修保養工作，保證盾構平穩、快速地通過。

發生噴涌處置措施：1)立即關閉螺旋輸送機閥門；2)向土體中加入足量的膨潤土泥漿、高分子聚合物等改善渣土的和易性；以控制土倉內的土壓和抑制噴涌；3)向土倉中加入泡沫進行碴土改良。

4.2 盾尾密封處出現漏水、漏砂現象

由于管片拼裝時不居中，同步注漿壓力過大或盾尾密封油脂注入量不足時，會造成盾尾密封處的漏漿、漏砂現象。

若盾尾出現涌水、涌砂現象時，應采取以下措施：1)減少或停止同步注漿，降低盾尾外部壓力，同時使用棉被或者其他填充物，堵住漏水位置，減小水勢；2)加大盾尾油脂的注入量和壓力，及時在滲漏位置加注優質油脂；3)在緩解了漏漿、漏水狀態后，試行推進，調整盾構機和管片姿態，減少滲漏處的盾尾間隙，并對同步注漿量和盾尾油脂填充量進行嚴格控制；4)仔細分析漿液的配合比，可通過增加水泥用量，縮短漿液的凝固時間，盡早降低盾尾處的漿液壓力；5)儲備一環外粘海綿條的應急環，當出現漏水嚴重情況時，使用外貼海綿條進行堵漏。

4.3 盾構鉸接處出現漏水、漏砂

盾構穿越河流時，如盾構姿態控制不當，盾構機易出現蛇形擺動現象，導致鉸接油缸和推進油缸的行程差過大，盾構鉸接處出現漏水、漏砂現象。

此時采取以下措施：1)先縮小各油缸行程差，改善鉸接狀態，繼續推進直到流砂減少或停止為止；2)如果流砂不止且有增大趨勢，打開鉸接處緊急密封氣囊。

5 結語

本文以天津地鐵5號線為背景，對盾構機下穿永定新河相關的主要技術參數、技術控制要點及重要的安全質量保障措施進行了說明，為盾構機施工，尤其是盾構下穿河流施工提供了借鑒。