盾构长距离下穿水域施工技术

盾构长距离下穿水域施工技术

徐福星

中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430000

摘要：佛山地铁2号线TJ1标绿岛湖站~莲塘站区间长度超过2.2公里。从水道底到隧道顶的最小覆盖土厚度约为12m，东平水道宽度超过200m。具有较高的施工风险。采用合理的技术，在水域内存在地质不确定性，隧道旁边存在季华大桥桩基，地质勘探孔或其他地质干扰可能导致隧道表面和底部渗透等，确保通过水域。

关键词：盾构长距离水域；施工技术

1工程概况

绿岛湖站～莲塘站区间西起绿岛湖站、东至莲塘站，区间线路呈西～东走向，下穿黄埔涌公路箱涵开始转向东北并继续沿季华一路北侧敷设，在季华大桥北侧与大桥并行东平水道，再沿正东方向进入季华二路，之后左右线自身交叉一次，最后下穿南北二涌公路箱涵后到达莲塘站。

区间隧道为双线隧道，工程范围为绿岛湖站～莲塘站区间的土建工程，采用盾构法施工。盾构隧道右线起止里程为YDK25+998.800～YDK28+214.782，长链3.901m，长度为2219.883m；左线起止里程为ZDK25+998.800～ZDK28+214.696，短链14.421m，长度为2201.475m右线下穿东平水道所在里YDK27+200～YDK27+400，左线下穿东平水道所在里ZDK27+210～ZDK27+410，水道宽度为200m，拱顶覆土15～23m，水深0～7.3m，盾构右线在800环开始刀盘进入东平水道范围，940环开始盾尾脱出水道范围。盾构左线在794环开始刀盘进入东平水道范围，933环开始盾尾脱出水道范围。

隧道结构顶面地质分别为<1-2>杂填土、<2-1A>淤泥、<2-1B>淤泥质土、<2-4-2>可塑状粘性土、<3-1>粉细砂、<3-2>中粗砂，洞身主要穿越<4N-2>可塑状粘性土；<6>全风化泥质砂岩；<7-2>强风化泥质砂岩；<8-2>中风化泥质砂岩。另外，盾构通过该段地表水丰富，可获得稳定补给。

2盾构机穿越东平水道掘进施工

2.1初始200m试验段掘进及操作流程。

盾构下穿东平水道前，设置掘进试验段，试验段为600~750环，试验段工作主要内容为：

（1）继续熟悉盾构性能及掘进参数，控制好盾构姿态。

（2）加强对地面沉降、隧道沉降的监测，及时分析沉降与掘进参数的关系。

（3）熟悉本隧道管片拼装工艺，保证拼装质量。

（4）加强对盾构施工参数的采集，取得各项数据，并结合监测资料进行综合分析研究，掌握本盾构在控制地面沉降、纠正轴线偏差等方面的特性，为后期穿越东平水道施工参数设定积累经验。

（1）在掘进前，工程技术人员根据盾构机目前的姿态、地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每个掘进指令，并即时跟踪调整。

（2）盾构机操作人员执行指令，确认土压的设定值，平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，在盾构施工中根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合地面监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定，根据掘进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许范围内。

（3）盾构机司机根据掘进指令和前一环衬砌的姿态、间隙状况，及时、有效地调整各项掘进参数。对初始出现的小偏差及时纠正，尽量避免盾构机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不能过大，采用“少量多次”的纠偏原则，以减少对地层的扰动。

2.2过东平水道的参数控制；

2.3监测措施

盾构穿越东平水道期间，安排监测人员对河道进行24小时监测。技术人员根据沉降变化数据及时调整施工参数，将指令通过内线电话通知盾构驾驶室，盾构推进后的效果又反映到监测数据的变化。如此循环，做到动态管理，实现信息化施工。

监测点的布设立足于可获得全面信息，监测频率必须根据施工需要安排，测量工作要注意轻重缓急，具体监测频率安排如下：

1．在盾构机穿越前布设监测点，并测量各监测点的初始值。

2．监测范围一般为盾构机头前20m，后30m，包括此范围内地表沉降、管线沉降、建筑物沉降、倾斜监测等。一般每天测量2次，如变化速率异常，根据工程需要进行调整加密监测。

3．推进过后需加强对长期沉降的监测，一般每月2次，持续2个月，并直至其平均沉降速率经过连续三次复测<0.2mm/d。

3盾构机穿越东平水道风险控制。

3.1冒顶控制措施

盾构隧道上方主要地层为<2-1A>淤泥、<6>全风化泥质砂岩、<7-2>强风化泥质砂岩，地下水与东平水道存在水力联系，施工中极易出现冒顶，故采取以下措施应对：

（1）严格控制土压力和注浆压力与所在地层和埋深相匹配，以防出现冒顶。盾构下穿时土仓压力不超过该位置水土压力，避免冒顶现象；粘粒含量较高时采用泡沫剂，且及时排出土仓多余气体，稳定土压。

（2）测量组在盾构机过东平水道时，不仅要对季华大桥沉降进行监测还要对河面进行24小时监测，还应对隧道轴线上方附近水域情况（水位情况、有无气泡产生）进行观测。

（3）如出现轻微冒泡，适当降低土压力，在控制土压力稳定的情况下，加快盾构机掘进速度，迅速穿过该地段，通过后及时对该段进行二次注浆进行填充加固及封堵冒顶通道。

3.2水到底部大面积塌陷控制

（1）做好施工前的调查准备工作

施工前详细调查该区段水文地质，尤其是对于河底隔水层的连续性,渗透系数、厚度以及各层的渗流情况，并将此数据情况作为盾构下穿时的重要参考。

（2）调整好盾构姿态

盾构进入水道底前要预先调整好盾构姿态，以较好的姿态下穿水道。在掘进过程中，盾构司机根据测量偏差及时调整盾构的掘进方向，尽可能减少掘进过程中的纠偏。

（3）合理设置土压力

在盾构推进的过程中，根据监测数据及时调整土压力值，科学合理的设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动。

（4）同步注浆的控制

盾构下穿东平水道段过程中，要严格控制注浆压力和控制注浆量，注浆量控制理论值应为建筑间隙的130%~150%，同步注浆时要求在压入口的压力大于该点的静止水压及土压力之和，因此要求注浆压力控制在0.20～0.30Mpa。

（5）二次补浆采用双液补浆

二次注浆选用水泥-水玻璃双浆液，补浆量采用压力和流量双控，注浆利用低压、少量、多次注浆的方式及时补充因原有浆液固结收缩所产生的空隙。盾构推进过后每5环进行一环环箍注浆，每环6个孔每孔注入0.5m3。注浆压力为0.2~0.35Mpa。

（6）控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀

以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿东平水道期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。同时，在盾构通过水道时，要加强盾尾的密封与管片的施工控制，掘进时要定时定量均匀压注盾尾油脂，如有特殊情况可根据实际情况适当加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失。

（7）加强监控量测管理，实现信息化施工

在盾构穿越东平水道期间，严格按照监测要求对季华大桥进行监测，对监测数据及时分析处理并反馈。及时掌握盾构推进对桥梁及河道的影响，不断优化盾构推进参数。同时加强地面巡视，发现异常及时上报。

结论

通过采取合理的措施，盾构顺利进入了水域。针对长距离河底开挖实际遇到的一些问题，总结了盾构隧道穿越水域施工技术，为类似水下工程开挖提供了宝贵经验。作者总结以下施工经验：

1）通过试验段的挖掘，需要详细收集参数，并根据后续的地质条件合理选择施工参数。

2）跨越水域的盾构施工需要考虑施工水的水深对盾构隧道施工的影响，合理计算土压力，适当增加施工时间和注浆压力，确保形状和防水效果。

3）当盾构机通过水域时，会引起线段漂浮，然后通过测量线段的姿态来确定盾构实际开挖的高程。

参考文献：

[1]曹国旭，唐文鹏，蔺云宏.地铁盾构隧道下穿对铁路股道影响的探讨[J].广东交通职业技术学院学报，2011，10（2）：26-29.

[2]严淦.盾构长距离下穿水域施工技术[J].城市建设理论研究：电子版，2013（17）.