盾构过河到达施工技术

刘 坤

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518052)

0 引言

盾构施工在始发及到达2个工序中，存在较大的安全风险。在无锡地铁1号线15标高浪路站—苏锡路站区间掘进过程中，临近苏锡路站14.5～18 m处下穿丽观河，该接收井盾构施工均属浅覆土盾构过河到达，施工安全风险较大。

针对盾构过河及到达施工风险控制问题，大量管理及技术人员作了很多探讨，如:文献［1－5］对不同地质浅覆土情况下盾构施工技术风险进行了分析;文献［6－7］对土体改良及加固作了详细分析;文献［8－10］对盾构施工过程中的技术控制要点及风险进行了介绍。本文即在借鉴以上研究成果的基础上，针对盾构过河后到达这一特殊条件下的各种施工风险进行了全面的分析，并根据现场地质、水文条件，并结合盾构机本身的性能制定了一系列的技术措施，确保盾构过河后安全到达。

1 工程概况

1.1 河道与区间相对位置关系

根据区间设计图纸及项目部对所辖范围内的区间重要构建筑物调查，无锡地铁1号线高浪路站—苏锡路站区间在距苏锡路站接收井约14.5～18 m处下穿丽观河。区间与丽观河关系如图1所示。

图1 区间与丽观河位置关系图Fig.1 Relationship between tunnel section and Liguan River

高—苏区间共860环，区间右线在830～845环下穿丽观河，左线在833～848环下穿丽观河。

1.2 地质概况

经现场检查，丽观河河底淤泥量较少，河底土质坚实，该段隧道上半部分为③3粉土夹粉质黏土层，下半部分为④层粉砂层及⑤1淤泥质粉质黏土层。

盾构区间下穿河道处主要土层物理力学性能指标如表1所示。

表1 盾构区间地质情况表Table 1 Geological conditions of the tunnel section

1.3 水文地质概况

根据苏锡路站地质资料，苏锡路站主要地下水如表2所示。

表2 地下水作用评价表Table 2 Effects of groundwater

2 浅覆土水下盾构到达施工难点

当盾构机推进至位于河底时，覆土深度约5.6 m，给盾构的推进带来较大的风险，集中体现在4个方面。

1)浅覆土易产生冒顶通透水流的危险。主要受覆土厚度及隧道顶部及周边地质条件影响，盾构在推进过程中，如土压设置过高、出土量较小、注浆量偏大、注浆压力偏大则会引起河底隆起，可能导致河底部原状土体表面开裂，引起河水倒灌;如土压设置过低、出土量过大、注浆量不足、注浆压力偏大则会造成桥梁沉降过大，影响桥梁本身安全。

2)隧道上浮。在水下浅覆土中盾构掘进，上下受到的力不均衡，盾构姿态上扬压坡困难，隧道上浮轴线难以控制。拼装完成的管片脱出盾尾后，由于上部压载及自重无法抵抗地下水引起的浮力使隧道上浮，如果不采取相应的加固措施可能引起管片开裂漏水。

3)流沙、管涌。在砂土、粉质土等易液化的土层中，由于盾构推进、刀盘转动、切削挤压等的扰动，加上过高的水头压力，液化砂土随盾尾和管片拼缝等位置渗漏进入隧道内，如不及时采取措施可能出现局部地基掏空、管片下沉、螺栓断裂的危险，甚至破坏隧道。

4)进洞过程中渗漏及坍塌。由于加固区域较小，不能全部包裹盾构机主机，导致河水沿加固体与非加固体间缝隙渗入到洞门，或地下水沿加固体与连续墙间缝隙渗透到洞门，引起粉砂层及粉土层土体大量流失，导致在到达阶段大量渗漏，从而引起地面坍塌。

3 到达施工方案及技术措施

3.1 防止切口冒顶措施

严格控制出土量，原则上按理论出土量出土，可适当欠挖，保持土体的密实，以免河水渗透入土体并进入盾构。若出现机械故障或其他原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构后退。每环推进结束后，关闭螺旋机闸门方可进行拼装。在螺旋机的出口设置防喷涌设施，在发生漏水情况时关闭螺旋机出口，将水堵在盾构外。控制壁后注浆的压力，以免注浆压力过高而顶破覆土。

必要时，可通过盾构前体的超前注浆孔，对切口前上方的土体进行加固改良。避免出现切口冒顶，泥水涌入或切口塌陷的情况。

3.2 防止隧道上浮及保持纵向稳定措施

河底段，隧道上部负载相对较轻，可能造成隧道上浮，对于隧道的稳定不利。为了减小隧道的上浮量，使隧道尽快稳定，施工期间严格控制隧道轴线，使盾构尽量沿设计轴线推进，每环均匀纠偏，减少对土体的扰动，加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。如调整注浆部位及注浆量，配制快凝及提高早期强度的浆液。

1)适当降低盾构机姿态，压低管片高程，使脱出盾尾的管片不至于超限。

2)优化同步注浆浆液配比，在满足浆液注入的顺畅下，适当降低浆液的初凝时间。

3)控制盾构掘进的姿态，尽量减小其蛇形运动，以保证形成隧道建筑间隙的最小量。切断管片上浮的空间。

4)控制掘进速度，确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。

5)根据监测成果，及时对成型管片隧道进行二次补充注浆。二次补充注浆采用双液瞬凝性浆液(水泥－水玻璃双液浆)。

3.3 螺旋机防喷措施

区间盾构使用小松盾构，具有2道闸门，1道为应急闸门。河底施工时，如果出现螺旋机喷涌，可立即关闭第1道螺闸门。若在紧急情况下螺旋机闸门由于被异物卡住或机械原因无法正常启闭第1道闸门，在第1道闸门防喷失败的情况下，可立即关闭应急闸门。双闸门组成双保险，确保盾构施工安全。

3.4 盾尾发生泄漏应急措施

为防止盾尾发生漏泥、漏水，应定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。控制注浆的压力，以免浆液进入盾尾，造成盾尾密封装置被击穿，引起土体中的水跟着漏入隧道，盾尾密封性能降低。管片尽量居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封效果，引发盾尾漏泥、漏水。在河中段推进过程中，如出现大量漏浆，在盾尾整圈垫放海绵用以止水，封堵管片与盾构间的间隙，必要时，每隔一定的距离压注聚氨酯止水保护圈。当盾尾发生泄漏时，针对泄漏部分集中压注盾尾油脂，利用堵漏材料进行封堵，并配制初凝时间较短的双液浆进行二次注浆。

除以上措施之外，为防止洞门渗漏，到达阶段还采取了如下方案。

3.4.1 洞门加固区加大

盾构主机总长8.68 m，原设计洞门加固区长8 m，为减少加固体与非加固体间渗漏风险，施工阶段，将加固区长度调整为9 m。

3.4.2 接缝桩补强

原设计加固体与连续墙间隙为600 mm，采用单排φ800 mm@600 mm旋喷桩加固止水，根据施工经验，施工阶段调整为双排φ600 mm@350 mm旋喷桩，降低加固体与连续墙间渗漏风险。

3.4.3 设置环箍止水

充分利用盾构主机盾壳上的注浆孔，设置环箍止水(见图2)。

图2 盾壳注浆孔位置示意图Fig.2 Layout of grouting holes at shield shell

1)第1道环箍。在超前刀距到达端连续墙4 500 mm处停机，此时，盾体铰接正好位于加固体与非加固体交界处，利用布设于盾壳铰接前、后40 cm处的注浆孔对加固体与非加固体间渗水通道进行注浆封堵，采用双液浆打设环箍。第1次停机注浆位置如图3所示。

图3 第一次停机注浆位置图Fig.3 Position of shield stopping and grouting for the first time

2)第2道环箍。在超前刀距到达端连续墙200 mm处停机，此时盾尾已包入到第一道环箍以内，在盾构机外置注浆孔通过时会对第1道环箍产生挤压破坏，从而导致后方水源沿管片背后空隙继续进入加固体;因此，此处设置第2道环箍，仍采用铰接前后设置的注浆孔注浆，浆液采用水溶性聚氨酯，利用其遇水快速膨胀特点封堵空隙，同时，其材料本身强度较低，可大大降低盾构机通过时外置注浆孔周边的摩擦阻力。第2次停机注浆位置如图4所示。

3)第3道环箍。在超前刀进洞2 000 mm后停机，此时盾尾已进入第2道环箍，盾体铰接位于接缝桩位置，再次采用铰接处的注浆孔注射双液浆设置第3道环箍，以阻断接缝桩处的渗漏。第3次停机注浆位置如图5所示。

3.4.4 辅助防水措施

洞门采用双措施止水，即在原设计设置洞门止水帘布板的情况下增设一道止水圈，提高洞门的止水、防水性能。附加止水环施工如图6所示。

图6 附加止水环施工图Fig.6 Construction of additional water-sealing ring

3.5 设置监测点、加强巡视

在丽观桥桥面及两侧各30 m范围内布设沉降监测点，断面5 m/个，每个断面设置7个监测点，分别位于轴线位置，轴向两侧5，10，15 m位置，并在桥台上布设监测点。

在过河前、过河后、过河过程中安排专人负责对河岸周边进行巡视。

4 结论与讨论

盾构法隧道施工是大型设备与各类技术人员紧密结合的一种施工工艺，在各项技术方案制定时必须充分掌握盾构机的各项性能;同时，根据盾构到达时存在的各类安全风险进行全面的分析，逐一攻克。方案制定时一方面需考虑设备本身功能的充分发挥，另一方面需考虑方案中所需材料的基本性能，防止“厚此薄彼”的现象发生，从而影响技术方案的实施效果。

在高浪路站—苏锡路站盾构区间过河到达施工中，经项目技术人员对施工风险充分评估，在克服浅覆土作用下隧道上浮、冒顶及螺旋机喷涌等难题，集中力量解决到达过程中的渗漏风险，通过利用盾体本身的预留注浆孔在盾构到达的不同阶段注入不同的注浆材料，有效地控制了洞门渗漏，确保了盾构安全到达。

尽管目前我国盾构施工已大规模开展，但施工技术水平及现场管理水平尚待提高，在不同地质情况下盾构始发及到达施工仍然存在较大的风险，需持续关注。

［1］ 孙明伟.地铁盾构隧道下穿海河施工风险控制［J］.天津建设 科 技，2011，21(1):38 － 40.(SUN Mingwei.Construction risk of Hai He-crossing Metro shield tunnel［J］.Tianjin Construction Science and Technology，2011，21(1):38 －40.(in Chinese))

［2］ 田金虎.盾构过河隧道超浅覆土层区域施工技术［J］.中国高新技术企业，2010(12):167－168.(TIAN Jinhu.Construction technology of river-crossing tunnel shield under ultra shallow layer soilregion［J］.China Hi-tech Enterprises，2010(12):167 －168.(in Chinese))

［3］ 马龙，田磊.浅覆土段盾构过河研究［J］.施工技术，2009，38(S):95 －97.(MA Long，Tian Lei.Research of shield crossing river in shallow coveringsoilsection［J］.Construction Technology，2009，38(S):95 －97.(in Chinese))

［4］ 杨志永.城市大直径泥水盾构浅覆土下穿既有河流加固技术［J］.黑龙江科技信息，2010(9):230.(YANG Zhiyong.Reinforcement technology about city large-diameter slurry shield of shallow overburden crossing existing river［J］.Heilongjiang Science and Technology Information，2010(9):230.(in Chinese))

［5］ 叶康慨.沈阳地铁过河隧道盾构施工技术［J］.隧道建设，2007，27(6):39 －42.(YE Kangkai.Shield construction technology for river-crossing tunnel of Shenyang Metro［J］.Tunnel Construction，2007，27(6):39 －42.(in Chinese))

［6］ 刘建国.排状支护在软土地层超深基坑中的应用［J］.隧道建设，2011，31(2):215 －219.(LIU Jianguo.Application of soldier pile retaining system in super-deep foundation pit in soft soil［J］.Tunnel Construction，2010，31(2):215 －219.(in Chinese))

［7］ 刘建斌，王卫东.基坑工程手册［M］.北京;中国建筑工业出版社，2009:754 － 780.(LIU Jianbin，WANG Weidong.Foundation engineering handbook［M］.Beijing:China Architecture＆ Building Press，2009:754 －780.(in Chinese))

［8］ 崔玖江.盾构隧道施工风险与规避对策［J］.隧道建设，2009，29(4):377 －396.CUI Jiujiang.Risks and countermeasures for construction of shield bored tunnel［J］.Tunnel Construction，2009，Volume，29(4):377 －396(in Chinese))

［9］ 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京:人民交通出版社，2010:878 － 879.(WANG Mengshu.Tunneling and underground engineering technology in China［M］.Beijing:China Communications Press，2010:878 －879.(in Chinese))

［9］ 周文波.盾构法隧道施工技术及应用［M］.北京;中国建筑工业出版社，2009，46 －61.(ZHOU Wenbo.Shield tunnelling technology［M］.Beijing;China Architecture ＆ Building Press，2009:46 －61.(in Chinese))