土压平衡式盾构在密实卵石土地层中下穿河流施工技术杜书光

土压平衡式盾构在密实卵石土地层中下穿河流施工技术杜书光

杜书光

中水电南方建设投资有限公司广东深圳518025

摘要：由于我国加快城镇化进程，大部分城市人口数量突飞猛进，交通拥堵已成为常见的城市病，解决这一问题的一项关键措施就是大力发展公共交通，其中发展城市地铁取得良好的效果，但是城市地铁建设大部分属于地下工程，特别是运行区间，需要穿越城市各类建构筑物，风险较大。本文针对成都地铁4号线二期工程凤凰大街站～西部新城站盾构区间在密实卵石土地层中采用土压平衡式盾构下穿江安河施工技术进行阐述分析。

关键词：土压平衡式盾构；密实卵石土地层；下穿河流；施工技术

1、工程概况

成都地铁4号线二期工程凤凰大街~西部新城区间左右线在盾构里程YDK25+755.8~YDK25+794.7范围内下穿江安河。盾构隧道左线边缘距离江安河桥约10m。盾构隧道下穿江安河段盾构顶距离江安河道底距离为13.386~13.750m。下穿时间处于枯水季节，水深约30~100cm，水流平缓。

江安河又名江安堰，河面宽度约40m，河床为原状砂卵石。过水能力154立方米/秒，分出支渠26条，斗渠196条，控灌农田31.27万亩。

2、工程地质及水文情况

2.1工程地质

本工程隧道所穿越的岩层主要在密实卵石土〈3-8-3〉层，漂石含量5~20％，漂石一般粒径20~40cm。砂卵石地层，围岩体整体强度较低，但单个岩块块体强度非常高，根据车站施工以及前期盾构出碴取样分析，该区域有可能内存在直径超过200mm的漂石。

（1）<2-9-3>密实卵石土（Q4al）：青灰、灰白、灰褐色，密实，饱和，漂卵石含量75～90%，余多为中砂充填，卵石粒径一般在20～180mm，根据1-5#、2#坑探揭示该段含10～25%的漂石，局部地段富集，漂石粒径一般为200～300mm，石质以花岗岩、砂岩为主，磨圆度较好，分选性较差。根据本段卵石点荷载试验结果，卵石单轴抗压强度值为112.7～163.7MPa。石质坚v硬程度分类为坚硬岩。本层仅部分钻孔揭示，层厚3.8～9.8m，埋深9.1～12.2m，修正后超重型动探击数N′120=9.4～23.0击。

（2）<3-8-3>密实卵石土（Q3fgl+al）：青灰、灰黄色，饱和，密实，漂卵石约占75～90%，卵石粒径一般为20～180mm，根据1-5#、2#坑探资料，漂石含量约10～25%，局部地段富集，漂石粒径集中在200～300mm。石质成分主要为石英砂岩、花岗岩等为主，磨圆度较好，分选性差。根据本段卵石点荷载试验结果，卵石单轴抗压强度值为83.7～205.2MPa。石质坚硬程度分类为坚硬岩。

2.2水文地质

本工程地层富水，枯水期埋深一般在3~5m之间，丰水期埋深一般在1~3m之间，本段地层包含大量卵石具有较强透水性，渗透系数为28m/d。

河流与地下水未发现有联通，但具有较强的补给性。

根据江安河水文站数据，近6年5月份最大流量为63.8m³/s（2009年5月28日），近3年最大流量为56.3m³/s（2012年5月21日）；近6年7月份最大流量为61.5m³/s（2013年7月13日），近3年最大流量为56.3m³/s（2013年5月21日）。

3、下穿施工技术及措施

3.1江安河河堤及河床加固措施

（1）加固范围

在盾构隧道通过江安河前，在河堤前后6m范围内进行隧道外3m范围内的河堤段地层地表注浆预加固处理，地表注浆预加固孔布置为间排距3×3m。分两个加固区，每个加固区布置30孔，上游侧孔深为22.386m，下游侧孔深为22.75m，布置

（2）设计参数

1）采用袖阀管注浆工艺，垂直注浆加固深度为隧道拱顶上3m，注纯水泥浆。

2）浆液水灰比为水：水泥=1：1。

3）注浆压力：注浆压力控制在0.4~2MPa。

4）终灌标准：单孔注浆结束标准，要求少量多次、反复灌浆；每段注浆都正常进行，注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。

3.2河床加固

河床加固范围为在上游侧距离左线隧道边线6m，下游侧距离右线隧道边线2m，延河流方向25m范围内采用钢筋网片铺设，铺设钢筋网片前浇筑C15砼垫层5cm，然后浇筑C20混凝土20cm厚。

3.3防止喷涌、涌砂控制措施

3.3.1渣土改良措施

隧道穿越地层主要为砂卵石<3-8-3>地层，注入泡沫+膨润土可有效改善土体流塑性及透水性，泡沫膨化土体、润滑刀具，可有效防止刀盘结泥饼；同时为防止碴土过于粘稠，导致刀盘扭矩增大、螺旋机堵塞等现象。

3.3.2加强同步注浆和二次注浆

在过河掘进时，将洞内二次注浆作为一项常备工序。

1）盾构穿越江安河期间，为保证管片外壁与地层间隙填充密实，每2环对隧道管片进行二次注浆，注浆浆液为双浆液（水泥水玻璃），注浆压力控制为0.3-0.4MPa。

2）盾构完成江安河穿越后，通过预留注浆孔每隔一环进行二次补强注浆，确保注浆饱满，减少地层损失，降低地面沉降。二次注浆为双浆液，在保证管片不发生错台、破损的情况下，尽量多的注入。注浆压力0.3～0.4MPa。二次注浆时需要密切关注管片情况，发现管片异常立即停止注浆，以免导致管片错台或破损。

3.3.3盾构掘进控制，避免超方

在下穿江安河前160m~200m的位置设定为盾构掘进试验段，对盾构机的总推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、土压力、泡沫剂、同步注浆、出渣量等进行统计分析总结并，根据掘进情况最终确定掘进参数，设定盾构下穿江安河的掘进参数下表所示。

并根据实际情况做相应调整

7同步注浆1.5m幅宽不低于7m³，注浆压力不超过0.35MPa

8出渣量55～56m³，砂卵石地层渣土松散系数按照1.2计算；在控制出碴方量的同时，用45T门吊电子秤对每环碴土进行称重，由重量和方量对碴土进行有效控制。

3.3防止刀盘被卡控制和处理措施

3.3.1防止刀盘卡住控制措施

选用砂卵石地层掘进水平高的盾构机操作手，避免由于操作水平低造成刀盘卡住；做好碴土改良工作，防止喷涌、涌砂，造成刀盘卡死；做好领导值班制度，出现问题及时处理，避免河床下长时间停机；强化施工流程，避免不必要的停机；

3.3.2刀盘卡住处理措施

如果刀盘卡住，使用脱困扭矩无法启动，刀盘不转动，注入大量的膨润土、砂和聚合物的粘稠液体置换土仓内碴土，降低刀盘扭矩，最终脱困。

3.4超方处理和控制措施

（1）超方＜5m³

加强同步注浆量，及时进行二次注浆。

（2）超方＞5m³

加大注浆量，河床内盾构机尽快通过塌方区，河堤上地表打孔找空洞处理；在河流枯水期进行打孔回填。

3.5盾尾漏水控制措施

使用优质盾尾油脂；尾密封处如发生较大泄漏，首先考虑多注盾尾油脂止水止砂；根据掘进情况，观察盾尾的漏浆情况判断是否更换盾尾刷。

3.6换刀控制措施

从目前的掘进情况来看，本段地层砂卵石结构变化不大，盾构掘进参数稳定，盾构穿越江安河前，将根据盾构掘进参数分析是否进行开仓检刀。

3.7地表巡视控制

掘进过程中，地面安排专人24小时进行地表巡查，对河堤、河床等出现异常时能第一时间通知项目部及盾构操作室，防止事态扩大。地表巡视人员需时刻与监测人员联系，沟通信息。

3.8水流控制措施

盾构穿越期间与气象局加强沟通，及时掌握气象信息；若不幸在河道下停机，在河道上游进行水量控制，将江安河的水流量减少，确保盾构机的掘进安全。

3.9加强施工监测

根据本工程监测技术要求和现场施工具体情况，设置的监测内容及监测点必须满足设计要求和符合有关规范，并能全面反映工程施工过程中周围环境的变化情况。

3.10后续施工保证措施

根据监控量测的结果，采用地面预留的跟踪注浆孔，及时通过地面进行跟踪注浆；采用管片上预留的二次注浆孔，等盾构通过后及时进行洞内二次补充注浆，确保盾构通过后河床的稳定性及安全；左线盾构穿越江安河前，对已成型隧道左右线间的土体采取洞内加固措施，确保左线掘进的安全。

4结语

通过本工程实践证明，经过穿越前地层、河底加固以及盾构在掘进过程中采用合理的盾构掘进参数和相应的控制措施，能够安全顺利的在密实卵石土地层中下穿河流。

参考文献：

[1]侯学渊，廖少明；盾构隧道沉降预估[J]；地下工程与隧道；1993年04期

[2]周秀普；盾构法施工技术在无水砂卵石地层中的应用[J]；市政技术；2003年04期

[3]戴玉超；；地铁施工中既有桥梁的综合保护技术[J]；铁道标准设计；2007年11期

[4]杨建新；；北京地铁下穿小月河深孔注浆施工技术[J]；铁道标准设计；2007年S2期