楊 澤 平

(中鐵隧道集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 洛陽(yáng)　471000)

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南寧地鐵盾構(gòu)下穿南湖施工技術(shù)

楊 澤 平

(中鐵隧道集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 洛陽(yáng)471000)

分析了南寧地鐵盾構(gòu)下穿南湖施工的重難點(diǎn)，從圍堰施工、掘進(jìn)控制、監(jiān)控量測(cè)三方面，闡述了土壓平衡盾構(gòu)下穿南湖的施工技術(shù)，并提出了隧道的防滲漏與防噴涌措施，旨在保證施工的順利進(jìn)行。

地鐵，土壓平衡盾構(gòu)，圍堰，掘進(jìn)施工

0　引言

隨著城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)，盾構(gòu)法在水下隧道的應(yīng)用也逐漸增加，目前國(guó)內(nèi)已有多座成功穿越水下的隧道工程實(shí)例[1-4]，很多學(xué)者也嘗試了對(duì)水下盾構(gòu)隧道施工技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。王偉等[5]介紹了土壓平衡盾構(gòu)通過(guò)對(duì)河床砂袋反壓以及河床加固的措施后穿越河流的施工技術(shù)；李振東[6]介紹了土壓平衡盾構(gòu)在砂卵石地層中下穿昆玉河施工關(guān)鍵技術(shù)；楊關(guān)青等[7]以廣州地鐵六號(hào)線(大坦沙站—如意坊站)盾構(gòu)區(qū)間為例，通過(guò)各種措施，土壓平衡盾構(gòu)順利穿越珠江。

目前我國(guó)計(jì)劃修建的還有很多水下盾構(gòu)隧道，需要大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)作為指導(dǎo)。南寧地鐵1號(hào)線下穿南湖隧道是南寧地區(qū)首條水下盾構(gòu)隧道，有必要在該隧道修建過(guò)程中進(jìn)行施工技術(shù)總結(jié)，并為后續(xù)盾構(gòu)穿越邕江和其他的水下盾構(gòu)隧道的施工提供借鑒。

1　工程概況

麻村站—南湖站區(qū)間盾構(gòu)需穿越南湖段長(zhǎng)260 m，最小覆土厚度僅4.2 m，小于隧道洞徑，南湖水深約1.6 m，穿越管段地質(zhì)條件差，為粉細(xì)砂、軟塑～流塑狀粉質(zhì)粘土層及圓礫層。

2　盾構(gòu)機(jī)配置

本工程施工中使用2臺(tái)CTE6250復(fù)合式土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，開(kāi)挖直徑6.28 m。在盾構(gòu)選型中，考慮南寧市圓礫富水層地質(zhì)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行獨(dú)特設(shè)計(jì)，主要為：刀具采用耐磨刀盤(pán)，刀盤(pán)整體開(kāi)口率為40%；螺旋輸送機(jī)葉片采用高錳塊耐磨材料設(shè)計(jì)；設(shè)置盾殼外膨潤(rùn)土注入系統(tǒng)等。

3　工程重點(diǎn)和難點(diǎn)

1)水下淺覆土隧道盾構(gòu)掘進(jìn)工程中，掘進(jìn)參數(shù)的選擇不當(dāng)將造成地層沉降過(guò)大，如何有序、平衡、平穩(wěn)穿越南湖是本工程的難點(diǎn)。

2)地鐵隧道防滲漏等級(jí)為二級(jí)，以結(jié)構(gòu)自防水為主，加強(qiáng)接縫防水，隧道防滲漏為盾構(gòu)掘進(jìn)中控制重點(diǎn)。

3)由于盾構(gòu)掘進(jìn)斷面處于松散粉細(xì)砂和圓礫層內(nèi)，含水量豐富、滲透性強(qiáng)，上部隔水層厚度很薄，極易發(fā)生透水事故，導(dǎo)致湖水與隧道貫通，因此盾構(gòu)穿越南湖防噴涌是本程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4　盾構(gòu)下穿南湖施工措施

4.1圍堰施工

盾構(gòu)穿越南湖時(shí)，覆土4.2 m～9 m，為確保順利通過(guò)此段，在盾構(gòu)穿越前，先進(jìn)行淺埋段的注漿加固。首先對(duì)埋深小于6 m的地段施作砂袋圍堰[8]，圍堰高出最高水位0.5 m，圍堰內(nèi)湖鋪設(shè)0.5 m厚砂墊層作為加固平臺(tái)，其次對(duì)圍堰內(nèi)隧道頂面以上1.5 m至隧道底部以下1.0 m～3.0 m范圍的土體進(jìn)行注漿加固。

淺埋段后期湖底清淤會(huì)進(jìn)一步減少覆土厚度，故對(duì)圍堰加固范圍頂拋填0.5 m～1 m片石進(jìn)行加固，增加覆蓋層厚度，同時(shí)可減少盾構(gòu)下穿淺埋段時(shí)隧道上浮的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2分段掘進(jìn)控制

為確保盾構(gòu)順利穿越南湖，將盾構(gòu)穿越南湖及前后地層進(jìn)行細(xì)分，并選擇有針對(duì)性的掘進(jìn)參數(shù)，強(qiáng)化碴土改良以保證建立土倉(cāng)壓力，平衡地層壓力并防止地下水流失，保證足夠的同步砂漿量，嚴(yán)格控制地表(湖底)即時(shí)沉降及后期沉降。

1)第一段掘進(jìn)施工。

此段處于軟塑流塑粘土層，易發(fā)生擾動(dòng)性觸變沉降，地層在受刀盤(pán)及盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的擾動(dòng)下易改變?cè)瓲罱Y(jié)構(gòu)而發(fā)生沉降，并且在軟流塑層中掘進(jìn)方向不穩(wěn)，頻繁糾偏也會(huì)加大對(duì)土層的擾動(dòng)，所以刀盤(pán)扭矩一般不大于2 000 kN·m，刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，始發(fā)時(shí)可達(dá)到的貫入度以推力控制為主，土倉(cāng)壓力控制在0.6 bar～0.8 bar。推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)穩(wěn)步推進(jìn)，盾構(gòu)通過(guò)后，通過(guò)同步注漿彌補(bǔ)地層的觸變沉降值，注漿量控制在理論值的1.5倍～2.0倍[8]，在軟塑粘土中管片易上浮，為了減少管片上浮對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的影響，進(jìn)行二次雙液背襯注漿，管片每拖出盾尾3環(huán)～4環(huán)時(shí)加注雙液漿，及時(shí)固化砂漿穩(wěn)定管片，借助管片環(huán)本身的剛度減少初裝管片的上浮。

2)第二段掘進(jìn)施工。

該段地層為中透水的松散粉細(xì)砂，地下水容易稀釋碴土，如果碴土改良不佳可能會(huì)出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。由于砂層內(nèi)摩擦力較大，刀盤(pán)扭矩隨之上升，所以刀盤(pán)扭矩一般在3 500 kN·m左右，刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度為40 mm～60 mm，土倉(cāng)壓力控制在1.0 bar～1.2 bar。該段依然易發(fā)生擾動(dòng)觸變沉降，盾構(gòu)通過(guò)后，通過(guò)同步注漿彌補(bǔ)地層的觸變沉降值，注漿量控制在理論值的1.5倍～2.0倍，碴土改良除添加泡沫外，應(yīng)開(kāi)始添加少量膨潤(rùn)土以減少刀盤(pán)扭矩，膨潤(rùn)土注入量為2 m3/環(huán)～3 m3/環(huán)。管片上浮趨勢(shì)在此地層有所減弱但仍存在，要求隔環(huán)進(jìn)行二次雙液背襯注漿，及時(shí)固化砂漿穩(wěn)定管片，借助管片環(huán)本身的剛度減少初裝管片的上浮。

3)第三段掘進(jìn)施工。

該段的圓礫層為強(qiáng)透水層，地下水對(duì)碴土的稀釋作用明顯，掘進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。故每環(huán)添加6 m3左右的膨潤(rùn)土(膨潤(rùn)土漿液配合比：水/膨潤(rùn)土=10∶1)，其中的細(xì)顆粒成分有助于泡沫成泡，膨潤(rùn)土與泡沫增加碴土的流動(dòng)性和止水性，防止螺旋機(jī)噴涌，減少刀盤(pán)扭矩保證土倉(cāng)建立足夠的壓力(土倉(cāng)壓力一般控制在1 bar～1.2 bar)，同時(shí)減少刀具磨損，刀盤(pán)扭矩一般控制在3 500 kN·m～4 000 kN·m，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度達(dá)到40 mm～60 mm。該段覆土厚度增加，對(duì)即時(shí)沉降的敏感性降低，但同步注漿量不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)后期沉降，隔環(huán)進(jìn)行二次雙液背襯注漿。

4)第四段掘進(jìn)施工。

該段為全斷面的圓礫強(qiáng)透水層，容易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，由于富水圓礫層滲透性，難以實(shí)現(xiàn)帶壓換刀作業(yè)，對(duì)刀具磨損壽命的要求高。故每環(huán)添加6 m2～9 m3左右的膨潤(rùn)土漿液，采用膨潤(rùn)土溶液+泡沫溶液的方式渣土改良，能夠使盾構(gòu)的各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)均能較好控制，并且改良出來(lái)的渣土具有較好的流塑性、止水性。如果常規(guī)的碴土改良仍不能防止噴涌，啟用高分子聚合物系統(tǒng)注入高分子聚合物防止噴涌。該段覆土厚度增加，對(duì)即時(shí)沉降的敏感性降低，但同步注漿量不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)后期沉降，要求填充量達(dá)到理論值的2倍，該段的土倉(cāng)壓力計(jì)算考慮坍落拱土柱高度因素，土倉(cāng)壓力不應(yīng)低于靜水頭壓力，避免地下水流失引發(fā)大面積沉降，掘進(jìn)過(guò)程中土倉(cāng)壓力控制在1 bar～1.5 bar，刀盤(pán)扭矩一般達(dá)到3 500 kN·m～4 500 kN·m左右，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.8 rpm～1.2 rpm，貫入度達(dá)到50 mm～70 mm。

4.3監(jiān)控量測(cè)

為保證掘進(jìn)時(shí)及時(shí)收集地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)注漿作業(yè)和盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制，確保盾構(gòu)下穿南湖的安全。在現(xiàn)況湖底加固區(qū)域按縱向間距5 m，橫向間距3 m布點(diǎn)，從施工情況和監(jiān)測(cè)結(jié)果看，隧道中線地表最大沉降值均控制在20 mm以內(nèi)。實(shí)踐證明，由于盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整及輔助措施得當(dāng)，使盾構(gòu)下穿南湖過(guò)程中，地表沉降得到很好的控制。

5　隧道防滲漏措施

5.1預(yù)防措施

提高管片拼裝質(zhì)量，拼裝時(shí)保證管片接縫處平順，注意保護(hù)管片止水條，提高環(huán)縱縫的拼裝質(zhì)量。

5.2處理措施

對(duì)管片滲水情況主要采取二次補(bǔ)充注漿進(jìn)行堵漏，二次注漿使用專用的注漿泵，注漿前鑿穿外側(cè)保護(hù)層，安裝專用的注漿接頭，二次注漿采用水泥漿、水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa。

6　防噴涌措施

1)渣土改良是防止噴涌的關(guān)鍵。通過(guò)渣土改良降低土倉(cāng)內(nèi)水含量，渣土在膨潤(rùn)土漿液和高分子聚合物的吸附和隔離作用下變得粘稠不易離析沉淀，不會(huì)砂水分離，螺旋機(jī)排土?xí)r便會(huì)均勻流暢。

2)合理設(shè)置土壓力值。掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)螺旋機(jī)實(shí)際壓力、刀盤(pán)扭矩和千斤頂總推力及時(shí)調(diào)整設(shè)定土壓力，使土倉(cāng)壓力略高于水壓，確保正面的土壓保持平衡，嚴(yán)格控制出土數(shù)量，防止超挖和欠挖。

3)合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。通過(guò)對(duì)推力及出渣速度的控制，盡量維持土倉(cāng)壓力的穩(wěn)定，降低噴涌風(fēng)險(xiǎn)。

4)出渣門開(kāi)度、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速適中，不宜過(guò)大，在噴涌來(lái)臨時(shí)，受出渣門流量影響，泥漿會(huì)在出渣口處積累而不會(huì)瞬間全噴，延長(zhǎng)操作人員的反應(yīng)時(shí)間，以便采取措施降低噴涌風(fēng)險(xiǎn)。

5)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報(bào)及渣樣分析，了解前方地層情況，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)方案，添加調(diào)整渣土改良材料，以改良渣土，增加水密性和流動(dòng)性，防止產(chǎn)生噴涌。

7　結(jié)語(yǔ)

土壓平衡盾構(gòu)下穿南湖過(guò)程中，地質(zhì)情況復(fù)雜較差，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。盾構(gòu)穿越前，先進(jìn)行淺埋段沙袋圍堰，其次對(duì)圍堰范圍內(nèi)土體進(jìn)行注漿加固及拋填片石反壓；根據(jù)地層、盾構(gòu)隧道埋深等各類條件的變化和地層位移監(jiān)測(cè)的規(guī)律，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及注漿參數(shù)；對(duì)施工過(guò)程中的重難點(diǎn)采取針對(duì)性措施，保證了盾構(gòu)安全通過(guò)。本文的研究探討只是初步的，掘進(jìn)參數(shù)與地層條件間的關(guān)系有待繼續(xù)完善；渣土的塑流化改良技術(shù)水平有待提高，確定適宜的渣土塑流性值，才能保證開(kāi)挖面穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

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Construction technology of Nanning subway shield undercrossing Nanhu

Yang Zeping

(China Railway Tunnel Group Science & Technology Academy Co., Ltd, Luoyang 471000, China)

The paper analyzes construction difficulties and points of Nanning subway undercrossing Nanhu, describes construction technologies of EPB shield undercrossing Nanhu from three aspects of cofferdam construction, tunneling control and monitoring measurement, and puts forward tunnel anti-flowing and anti-leakage measures, with a view to guarantee the construction smooth.

subway, Earth Pressure Balance(EPB) shield, cofferdam, tunneling construction

1009-6825(2016)25-0166-02

2016-06-29

楊澤平(1984- )，男，碩士，工程師

U455

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