盾构穿越秦淮新河风险控制

2015-10-23周晓华

城市道桥与防洪 2015年4期

关键词：新河秦淮大堤

周晓华

(南京重大路桥建设指挥部，江苏南京210019)

盾构穿越秦淮新河风险控制

周晓华

(南京重大路桥建设指挥部，江苏南京210019)

南京河西地区主要地层为高富水性砂层，且秦淮新河的大堤未有水泥土加固。大堤本身对沉降要求较高，盾构穿越时大堤沉降极难控制。现详细叙述盾构机在穿越秦淮新河时对地面沉降控制的主要施工技术措施。

高富水性;砂层;穿越大堤;沉降控制

0 前言

盾构机在推进过程中，地表的建筑物及地底的构筑物对地面沉降有较高的要求，以免盾构推进过程中引起地面沉降对建筑物或者构筑物造成差异沉降而导致被破坏。

本文详细叙述了南京宁和城际轨道交通一期土建工程TA05标新梗街-2号盾构井区间盾构穿越秦淮新河时的过程控制。施工队采取了多种措施有效地控制了地面沉降，顺利地穿越秦淮新河及其大堤。

1 施工概况

1.1 工程简述

新梗街站-2号盾构井区间隧道工程是南京宁和城际轨道交通一期工程土建施工NH-TA05标的重要组成部分。包括区间隧道单圆盾构推进区间及联络通道等土建工程，主要有盾构掘进施工、联络通道及泵站、车站端头井盾构始发及到达地基加固等。

该项工程将采用两台土压平衡盾构机进行区间隧道的施工，先后从新梗街站南端头井始发，推进至2号盾构井。生产设施布置在新梗街站内。

1.2 工程地质

新梗街站-2号盾构井区间隧道穿越秦淮新河段主要涉及土层为②2b4、②2d3-4、②3d3、②4d2。其中秦淮河道与隧道之间主要为②2b4淤泥质粉质黏土，富水性好，透水性差。各地层特征及物理力学性能指标如表1所列。

1.3 穿越秦淮新河及其防汛墙情况

根据设计图纸反应新梗街站-2号盾构井区间隧道盾构在DK13+410～DK13+710时穿越秦淮新河。秦淮新河河深8.2 m，底部标高为0.15 m，距隧道顶部距离为6.704 m。

秦淮新河航道位于宁和城际区间里程ZDK13+470.000～ZDK13+510.000，交叉范围约40.0 m，平面交角88°，距离江苏省秦淮新河闸平面距离68.219 m;秦淮新河航道设计标高0.5 m(吴淞高程)，距离宁和城际区间拱顶最小距离6.7 m。秦淮新河大堤为回填土回填而成，无基础。图1、图2分别为秦准新河北岸大堤平面图和剖面图。

2 穿越秦淮新河过程中遇到的问题

(1)在秦淮新河河底掘进过程中，由于地层的高富水性和高渗透性，隧道内管片出现渗漏现象［1］。

(2)由于土质较软，在盾构机掘进过程中，出现磕头下沉现象，导致盾构轴线极难控制。

(3)在穿越秦淮新河大堤过程中，需解决大堤沉降控制问题。

3 主要施工技术措施

(1)发现了隧道有渗漏水现象后，优化了管片防水设置，起到了立竿见影的效果。

(2)在盾构掘进过程中，严格控制盾构机掘进参数的同时，增加了壳体注浆的措施。

3.1 管片防水优化

管片环面不设凹凸榫，单环管片纵缝间设凹凸榫。

设计要求环接缝止水带防水，止水带采用EPDM(三元乙丙)密封垫［2］，如图3所示。

在每块管片原有的止水带的内侧增设一条3 cm宽的遇水膨胀止水条［3］，材料为遇水膨胀橡胶，如图4所示。通过增设此道止水条能大幅减小成型隧道管片间的渗漏水现象。

3.2 盾构掘进主要参数控制

将推进前的20环作为盾构穿越秦淮新河的试推进阶段。在这个阶段中，在前期的掘进施工中，通过施工实践不断优化盾构推进参数控制地表变形，减少对地面的影响，紧密依靠地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺，将施工后地表变形量控制在最小范围内。

表1 工程地质特征描述一览表

图1 秦淮新河北岸大堤平面图

图2 秦准新河北岸大堤剖面图

图3 EPDM(三元乙丙)密封垫样品实景

图4 遇水膨胀止水条样品实景

盾构穿越过后的10环作为盾构穿越秦淮新河及其大堤后的沉降稳定阶段，在此期间仍需要对大堤进行密切监测。如果大堤出现较大的沉降应及时对其进行注浆保护。

3.2.1 平衡压力值的设定原则

盾构在穿越秦淮新河及其防汛墙前后存在覆土的突变，因此在盾构掘进前根据覆土深度的变化，必须对平衡压力设定的差值有一个理论上的认识，在盾构穿越秦淮新河及其防汛墙前后，及时对设定平衡压力进行调整。根据地质情况及隧道埋深等情况，进行理论计算切口平衡压力:

式中:P---平衡压力(包括地下水);

γ---土体的平均重度;

h---隧道中心埋深;

k0---土的侧向静止平衡压力系数。

盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况，以及监测数据进行不断的调整。

3.2.2 推进出土量控制

每环理论出土量=π/4×D2×L=π/4× 6.442×1.2=39.068(m3/环)。

盾构推进出土量控制在98%～100%之间。即38.287m3/环～39.068m3/环。

3.2.3 推进速度

在穿越秦淮新河及其防汛墙的过程中，盾构推进速度不宜过快，以1～2 cm/min为宜，避免由于推进速度过快造成对土体的过分挤压，从而导致盾构切口与河底贯穿。盾构推进过程速度保持稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越，减少盾构推进对前方土体造成的扰动，减少对河底及其防汛墙结构的影响。

3.2.4 盾构轴线及地面沉降量控制

盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于± 50 mm［4］;施工队考虑到后期隧道上浮等因素，决定盾尾高程处于-30 mm左右，采取此措施后，隧道后期上浮后也在设计范围内。

3.2.5 实际参数

表2为施工队右线盾构机在穿越秦淮新河北岸大堤时的技术参数。由于大堤是一个斜坡，覆土逐渐减少，施工队设定的土压力也根据覆土逐渐降低。此时地面沉降也基本保持不变［2］。

3.2.6 同步注浆控制

根据大堤沉降要求，秦淮新河大堤地面累积沉降量控制在+10 mm～-30 mm。为了填充盾构穿越过后管片与土体间的建筑间隙，需进行同步注浆。

该标段所使用的盾构机外径Φ6.44 m，管片外径为Φ6.2 m。每一环的建筑空隙为:1.2×π (6.442-6.22)/4=2.85(m3)。每环的压浆量一般为建筑空隙的150%～200%左右，即每推进一环同步注浆量为4.2～5.7m3。由于河西高富水性的砂层中，同步浆液损耗的量更大，经过前20环试推进段的实验，每环同步浆液使用量为7 m3，建筑空隙为245%。同步注浆配比(重量比)如表3所列。

3.3 壳体注浆

由于河西地质偏软，每掘进一环，盾构机整体会有1 cm～2 cm的下沉，这使得隧道轴线控制极其困难。后施工队于盾构壳体千斤顶根部上开设8个注浆孔，在盾构掘进过程中进行壳体注浆，有效地改善了盾构机下沉的现象。

3.3.1 壳体注浆孔位置

壳体注浆孔开设于盾构机千斤顶根部，具体位置如图5所示。

3.3.2 壳体注浆压注方式

在盾构掘进过程中，根据自动测量数据，如发现盾构机有下沉现象，及时对盾构机底部两个壳体注浆孔进行压注浆液，如盾构机稳定后停止压注，再出现下沉现象继续压注浆液，如此反复。