盾構技術在軟土地層穿越河流施工中的應用

劉 昶

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程簡介

該區間為無錫軌道交通某線，該區間盾構下穿興澄河，現狀河底高程為0.3～0.5 m，河底寬度為16 m。規劃河底高程0.0 m，河底寬度16 m。隧道頂部距離河底最小凈距約8.8 m。河道駁岸采用自然護坡。穿越河流時的土層為淤泥質粉質黏土和粉質黏土。

2 盾構在軟土地層中穿越河流掘進控制技術

2.1 推進土壓和出土量的控制技術

很多隧道在穿過河流范圍內的土質主要是粉質粘土，在特殊土質情況下施工時，對土壓和出土量進行有效控制是十分必要的。在盾構到達河床位置之前，首先要對照隧道的排環表，結合管片的超前量來對水土壓力進行有效計算。為了確保計算結果的準確性，可以參照地質勘查報告和實測水深。在對當前環土壓進行計算的時候，要關注盾構機的長度。在施工過程中，還要關注刀盤和盾尾到達和離開河床時所對應的管片環號，并對土倉的壓力進行適時調整。

2.2 螺旋機的控制技術

與其他地段相比，盾構在軟土地層穿越河流的地段操作并使用螺旋機時，更容易發生噴水的現象[1]。因此，盾構在軟土地層穿越河流掘進控制過程中，要盡量降低螺旋機的開口率，確保螺旋機可以滿足實際出土的要求。與此同時，為了降低螺旋機噴水對施工造成不良影響，施工人員需要提前準備排污泵、鐵鍬和小土斗等作為輔助。一旦螺旋機發生涌水，瞬間噴涌而出的泥漿和泥沙可以得到有效處理，不會對盾構推進的進程產生明顯影響。

2.3 管片拼裝控制技術

根據工程設計要求，很多盾構在軟土地層穿越河流掘進控制工程時，所采用的管片都運用錯縫拼裝技術。在拼裝的過程中，需要從隧道底部出發，先安裝標準塊，再分別安裝相鄰塊和封頂塊。在封頂塊安裝的時候，需要在徑向位置搭接三分之二管片寬度，合理調整位置后，沿縱向推進頂塊。完成管片安裝之后，使用推進油缸頂進管片，完成螺栓的安裝并將其擰緊，最后將管片安裝機移出。在安裝過程中，還可以在K塊的兩側使用黃油進行潤滑，避免出現K塊外弧面破碎的問題，同時減少對止水條的擠壓和摩擦。除此之外，在管片拼裝過程中，還要確保管片的完整性，避免出現裂縫和破損。

3 盾構在軟土地層中穿越河流的處理技術

3.1 施工參數設定與控制

盾構在軟土地層中穿越河流施工過程中，設定盾構機施工參數是一個重要的環節，不僅可以確保施工效果，而且還可以最大化地降低對河床的干擾。施工人員可以將盾構穿河之前60～80 m左右的路段作為試驗路段，做好初始值的觀測和記錄，然后進行盾構掘進。在這個過程中，人員和設備要保持協調一致，使盾構施工能夠持續進行。同時，要根據具體的試驗參數設定各項施工參數，重點對盾構穿越河流的掘進參數進行設定[2]。并根據實際地面沉降數值來對這些參數進行調整，確保河流堤岸、河床底部等位置的沉降值在要求范圍以內。另外，還要結合軟土地層的具體地質條件，確保施工參數的穩定，確保盾構掘進能勻速進行，發現小偏差要在第一時間進行修正。通常來說，盾構在穿越河流時所產生的糾偏坡度要控制在1‰左右。為了達到這一目標，需要對地面位置、隧道位置以及河床位置進行有效的監測，為盾構的通過創造條件。

3.2 同步注漿與二次注漿

在盾構掘進過程中，注漿是一項重要的操作環節。實踐證明，在盾尾脫除之后，管片外徑與周圍的土體會形成一定的空隙，這是出現地面沉降的一個最重要原因。為了解決這一問題，就要運用同步注漿與二次注漿的技術手段，對注漿的數量、壓力、點位等進行有效控制，做好相關參數的記錄。此外，在注漿過程中，還要確保盾尾的位置處于密封狀態，如果出現盾尾漏漿問題，需要在第一時間進行處理。

1）同步注漿。同步注漿不僅可以幫助盾構機保持良好的姿態，同時還可以將管片進行固定，減少滲漏水以及地面沉降等問題發生的可能性。在施工過程中，要保持盾構掘進與注漿這兩個操作環節同步進行，對注漿的數量和壓力進行同時控制，確保盾構與周圍土體的間隙被填滿。由于穿越河流范圍內軟土地層的條件不同，要結合實際情況對注漿填充率進行控制，通常，要將其控制在150%～200%之間。如果在盾構掘進過程中出現地面沉降過大的情況，要停止掘進，將土倉內的土壓進行提高，同時在盾尾的位置進行補注漿，并對地面沉降的變化情況進行監測，確保其滿足要求之后才能進行后續的掘進施工。在確定注漿壓力的時候，要結合河床覆土的厚度和軟土地層的地質情況，可以適當地將注漿壓力進行增大。如果注漿壓力過小的話，可能會導致土壓不平衡，在軟土地層還可能會出現地層變形和劈裂的問題。但注漿壓力與軟土地層壓力之間的差值通常要保持在50 kPa之內，最大值不能超過0.3 MPa。

2）二次注漿。在管片脫出盾尾位置8環左右的時候，施工人員要在襯砌背面位置進行二次注漿，以此來彌補同步注漿產生的缺陷，降低隧道在施工過程以及施工之后發生滲漏和沉降問題的概率。二次注漿所使用的液漿可以選擇水泥與水玻璃相混合的雙液漿，其中水玻璃的濃度為35°Bé，水灰質量比為（0.7～0.8）∶1，水泥漿與水玻璃的體積之比則為1∶1[3]。在施工過程中，除了對配合比進行優化之外，還可以向其中加入高效的減水劑，這樣可以使漿液的流動性得到改善。在管片脫出盾尾之后，施工人員要結合具體的掘進參數，綜合軟土地層的特點，確定好二次注漿的最佳時機，必要情況下還可以多次進行二次注漿的操作。除此之外，在穿越河流掘進完成之后的20 d以內，還要對地面累積的沉降量以及每日的單日沉降量進行監測與控制。如果發現沉降值超過預期值的話，需要安裝注漿泵，在相應區域進行跟蹤式補漿。

4 結語

盾構在軟土地層中穿越河流時，經常會出現地面沉降的問題。在這個過程中，要做好相應的組織，采用先進的技術，并做好實時監測，發現問題之后在第一時間進行處置，只有這樣才能確保盾構安全地穿越軟土地層的河流。當前所使用的處理方案包括盾構直接推進、河流截流后抽排以及河流埋管導流，施工單位可以根據實際情況來進行選擇。在盾構掘進施工過程中，要做好參數的設定與控制，還要重視同步注漿與二次注漿的操作。