大直径泥水盾构下穿海河淤泥层隧道抗浮施工技术探讨

大直径泥水盾构下穿海河淤泥层隧道抗浮施工技术探讨

李求

中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 510445

摘要：社会的高速发展，使得我国的经济水平得到了显著性提高，特别是在河底隧道工程建设方面，项目数量急剧上升，但同时也在建筑过程中面临隧道上浮、管片裂纹以及河底部分塌落等问题的发生，为了减小施工风险，增强工程质量。本文以横琴杧洲隧道工程为实例，深度分析大直径泥水盾构在下穿海河淤泥层中的施工技术，同时对隧道上浮原因进行研究，并对应给出解决措施，在一定程度上加大隧道工程的安全系数，以便其他类似工程借鉴学习。

关键词：大直径泥水盾构；隧道抗浮；施工技术

1.工程概况

本工程为横琴杧洲隧道工程勘察设计(施工图设计、详细勘察)施工总承包项目，工程位于广东省珠海市洪鹤大桥和横琴二桥之间，始于南湾片区洪湾大道与环港东路交叉处，自北向南沿环港东路，工程采用盾构隧道穿马骝洲水道至横琴新区，沿厚朴道至胜洲七路。

本项目由横琴杧洲隧道及南、北接线组成，为城市次干道，隧道段采用双洞双向四车道，以左线计路线全长3022.334m，以右线计路线全长约3053.706m，设计速度为50km/h，南北接线采用双向六车道。

2.盾构机选型

对于隧道建设工程设来说，关键在于盾构机的选型操作，盾构机的选型关联着隧道工程的整个施工过程，是盾构法施工的核心载体。在进行盾构机选型的时候，要重点从施工现场的土质特征、岩石性质、开挖面情况、隧道埋深程度、地下水位以及管线设置等几个方面入手，进而选取最符合实际施工特征的盾构机装置。通常情况下，针对大直径隧道，会优先考虑泥水平衡盾构，该类型设备能够很好的适应软弱地层，安全系数高。

基于本工程的隧道特征，采用单层双管盾构隧道方案，左线隧道长1695m(含敞口段)，其中盾构段长916.4m，明挖暗埋段长418.6m，敞口段长360m；右线隧道长1726.373m(含敞口段)，其中盾构段长943.30m，明挖暗埋段长422.9m，敞口段长360.173m。泥水盾构隧道和海河的关系如图1所示：

图1 泥水盾构隧道和海河剖面示意图

3.研究隧道管片上浮原因

3.1砂浆流动性不合理

在隧道管片拼接结束之后，管壁之间会留有一定的缝隙，该缝隙通常会在盾构推进操作的同时被注入砂浆，用以加固管片和起到防水的作用。由于本工程是大直径隧道，因此要求砂浆具备较好的流动性，方便快速、高效的完成缝隙填充工序。需要注意，砂浆在填充完毕之后，短时间内不会完成凝固成型，会对后期管片脱出盾尾造成困扰，使得管片周围出现砂浆。

3.2注浆压力不合理

在进行注浆操作的同时要充分考虑注浆压力大小，压力的大小和管片壁后砂浆的饱和程度成正比关系，压力越大，填充效果越好。一旦压力过小，会造成注浆效果不佳，缝隙填充不充分，很有可能造成管片缝隙现象，缝隙会在一定程度上加大隧道上浮的可能性。

3.3油缸推力不合理

盾构机推进的时候，时常会出现姿态偏位现象，导致该现象的直接原因在于油缸推力过大或过小。若盾构机在上坡推进时，油缸底部压力大于油缸顶部压力，会发生管片上翘；盾构机在直线道路推进时，保持油缸底部压力恒等于油缸顶部压力，则不会出现管片上翘问题；盾构机在下坡推进时，油缸底部压力小于油缸顶部压力，同样不会出现管片上翘问题。由此可见，合理控制好油缸推力，会保障盾构机推进操作的顺利开展。

3.4盾构机姿态不合理

在大直径隧道建设工程中，盾构机的推进会分别穿过淤泥层、淤泥质粘土层，该两种类型地层的稳定性不高，同时含有较多水，极易造成盾构机姿态偏离问题。因此，在大直径隧道工程中，会频繁对盾构机姿态进行调整，在调整盾构机姿态的同时，不可避免的会引发管片上翘或者管片移位问题。

4大直径盾构下穿海河的隧道抗浮施工技术

4.1注浆材料的选取

管片拼接成功之后，会在管壁之间出现缝隙，在进行注浆操作时会对该类缝隙进行充分填充，但由于砂浆本身不能再短时间内完成加固成型操作，使得管片在脱出盾尾后，其周围会被砂浆包围，在此前提下，一旦管片接触浆液，就会立即发生管片上浮现象，因此，选取合理的浆液成为了一个核心环节。为了使得浆液能够在短时间内完成初凝，通常会从流动性和凝固时长两个角度考虑，接下来就分别对单液硬性浆液、单液惰性浆液和水泥-水玻璃浆液进行对比研究，研究情况如表1所示:

表1 浆液性能对比

根据表格情况，同时结合本工程实际特征，最终选取单液惰性浆液作为注浆材料，有效预防隧道管片上浮现象。

4.2合理控制盾构姿态

隧道内部结构不可能总是直线型，也会出现上坡、下坡等不规范路线，在对此类型路线进行推进时，难免会出现盾构姿态偏位情况。偏位的直接后果就是造成管片受力不均匀，进一步发生管片上翘现象，所以说，一定要在盾构机推进的时候，加强控制盾构姿态工作，发现稍许偏位就要立即调整。除此之外，在横琴杧洲隧道的海河底部存有大量沼气层，盾构机在推进时会与其发生碰撞，同样也会造成管片上翘现象，因此，也要加强地质监测操作，最大程度减小盾构机和沼气层的碰撞概率。

4.3强化注浆加固技术

（1）超前注浆加固技术。超前注浆加固技术，指的是借助超前注浆来加固前方地层，同时加大地层稳定性，尽量避免地层塌落现象。在进行超前注浆加固操作时，会使用到超前钻机设备，该设备护盾留有超前注浆孔，通过注浆孔继续进行多角度全方位的超前注浆加固工作。但通过大量海河工程实例得出，在进行超前注浆加固操作时，注浆耗费时间久、盾构机会频繁故障以及不能合理控制地层，因此，在本工程中不推荐进行超前注浆加固操作。

（2）二次深孔加强注浆技术。所谓二次深孔加强注浆技术，指的是借助管片上留有的注浆孔，在钻注一体机的辅助下，将浆液通过注浆孔向管片外的地层处钻孔和注浆，需要注意，注浆操作由同步注浆和二次注浆共同完成，因此来加强隧道地层的稳定性、减小地层发生沉降的概率。在前期钻注的时候，要先选取水泥-水玻璃双液浆，后选取超细水泥浆，这样能高效预防地下水的喷射。需要注意的是，二次深孔加强注浆操作时，要严格遵从“多次少量”原则，注浆压力控制在0.5~1.2MPa范围内，在满足工程要求的前提下，即可结束注浆。

4.4优化盾构推进施工技术

在时代快速发展的前提下，我国的建筑事业也在发展，对应会制造出更优化的施工技术和工程设备，选取合理先进的盾构施工技术，是开展泥水盾构施工操作的保障。在进行盾构机实操时，要重点分析泥浆参数、盾构推进参数、姿态控制、同步注浆浆液材料、二次深孔加强注浆材料以及注浆操作技术等要素，同时还要充分监测海河淤泥层，以便盾构推进工程的高效开展。

4.5合理选取特殊环管片

在大直径隧道建设设计的过程中，时常会用到一些特殊环管片，其主要分为两种，一种是特殊衬砌环管片，多用于隧道底部沼气池多、轴线曲率变化大等区域，能够加大隧道的抗剪切力，同时将管片之间完美加固连接；另一种是在管片环面部位创设剪力销孔洞，如此一来，能够加强管片的抗剪切力，即使管片脱出盾尾，也不会对管片本身的抗剪切力造成干扰，后者操作更为频繁。

5.结束语

本文通过横琴杧洲隧道工程建设，分析了隧道施工过程中常见的隧道上浮原因，并对应给出解决方案。合理选取盾构机，并对盾构机操作进行全方位阐述，能够加强人们对盾构机的理解，同时强化盾构机的施工技术，可以更好的加强隧道工程质量。

参考文献：

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