泥水盾构下穿河床关键技术研究

王明亮

摘 要：盾构过河掘进是地铁盾构隧道施工中风险最大也是施工难点之一。本文针对广州市轨道交通九号线工程飞鹅岭～花都汽车城站区间隧道盾构过河施工中关键技术进行了阐述，并对达到的效果和积累的经验进行了总结，以期为今后类似工程的施工提供参考与借鉴。

关键词：地铁；隧道；盾构；技术

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0104-01

飞鹅岭～花都汽车城区间位于广花盆地，地貌上属于河流冲洪积平原，地势平坦宽广，沿线地面高程一般在10.00m ～20.00m之间。盾构隧道线路设1处V形坡，出飞鹅岭站后以5‰下坡，然后以4‰上坡，再以4‰下坡到达。线路埋深为12～13.5m，隧道顶覆土6～7.5m。在纵向延伸方向，区间线路基本沿直线前进，只有两个曲线段，在靠近飞鹅岭站附近曲线半径R为5000m，左转弯曲线长149m，在靠近花都汽车城站附近曲线半径R为2000m，右转弯曲线长211m。隧道洞身多穿越第四系覆盖土层，隧道底板则多处位于中微风化岩面，围岩类别为Ⅱ～Ⅵ级。隧道穿越地层中，多处分布在地下水溶蚀作用而形成的溶洞和土洞中，溶洞、土洞的见洞率达到了43.4%。该地区的岩溶及土洞发育规律性差，呈无序状态，其形态特征、规模和分布范围难以确定，具有潜在的不稳定状态飞鹅岭～花都汽车城区间沿线的岩石中等、微风化岩岩面起伏较大，中风化岩面埋深8.15～45.10m，岩面标高为0.76～-32.80m，相差约37m。

1 下穿河床加固技术

1.1 A003风神桥重建技术

为了盾构掘进能够顺利通过，采取拆迁复建措施。施工后的A003风神桥新桥为3跨13m简支预应力空心桥板，基础采用直径1.2m的钻孔灌注桩基础，承台高2m，下部采用薄壁桥台、圆柱式桥墩，桥墩均采用GYZ200×35（NR）型板式橡胶支座。桥台设5m搭板。每座桥台桥墩分为4幅，相邻幅间设沉降缝，缝内嵌橡胶止水带，桥台设置挡土墙。

空心板均采用C40预应力钢筋混凝土，预制时跨中预留起拱度，预埋栏杆等钢筋。空心板安装就位后应及时绑扎空心板的铰缝钢筋、填筑铰缝混凝土，铰缝混凝土必须填充密实，空心板通过锚栓与墩台连接。桥面采用C40钢筋混凝土铺装，厚度13cm。分隔带设置C40整体化层，厚度6cm，在分缝处的空心板面安装橡胶止水带。桥面连续与桥面铺装同时施工，铺装施工时桥头处车道板和搭板间预留伸缩缝装置。支座采用GYZ200×35（NR）型板式橡胶支座，每块空心板设4块，全桥共816块。桥外侧和分隔带两侧设置防撞墙，路线中心处设置中央防撞墙。分隔带内填土、绿化，埋置管线。在边防撞墙内埋设D10cmPVC排水管，出口接道路的下水系统和河涌。河床采用30cm厚5号砂浆浆砌片石铺砌，预设3cm厚C25混凝土磨耗层。

1.2 增设抗浮板措施

隧道上浮在隧道施工过程中普遍存在，而对于上覆土体不足，地下水充裕的情况下，隧道上浮成为了较严重的问题。隧道上浮导致管片错位、地下水渗漏，严重影响隧道施工及后期运营。在盾构掘进穿越河流设计阶段便考虑到隧道抗浮的能力。在地下水丰富的河床下，管片在刚脱离盾构机时由于周围存在0.15m的建筑空隙（盾构机直径6.25m，管片直径6m）而有了上浮的空间，管片靠自身重量无法抵消浮力，此时上覆土体的土压力起到了关键性的作用。根据本工程，R0取3m，Ri取2.65m，取16kN/m3，取25kN/m3，取15.8kN/m3，由此可计算得最小覆土厚度为3.13m。

（1）

式中：R0—为管片外径（m）；

Ri—为管片内径（m）；

—为浆液重度（kN/m3）；

h—为上覆土体厚度（m）；

—为混凝土重度（kN/m3）；

—为上覆土体平均重度。

（这里上覆土考虑为不透水层，土的重度假设为饱和土重度）（kN/m3）。

实际工程中最小覆土厚度为3.5m，略大于理论计算值，但管片上浮依然存在。在同步注浆的情况下，管片周围被地下水及水泥砂浆包围产生浮力开始上浮。因上覆土体未直接接触管片，而水泥砂浆也未达到一定强度，土压力Fn传递到管片上的力几乎为零，无法平衡管片受到的浮力，因此管片仍然处于上浮状态，此时：

（2）

式中：—浮力（kN）；

G—管片自重（kN）；

Fj—传递到管片上的土压力（kN）；

Fn—管片所受到的粘滞阻力（kN）。

随着水泥砂浆凝固，上覆土体的土压力传递到管片上的力也开始变大。当抗浮的力等于隧道上浮的浮力的时候，管片处于一个瞬间动态平衡状态；接着Fj继续增大，水泥砂浆达到初凝，管片停止上浮。

盾构机在姿态调整过程中会使管片环面受力不均匀，受力情况如图1所示，当平行推进时P1=P2，管片不受影响；当盾构机俯角掘进时P1>P2，管片受其影响有下沉的趋势；当盾构机仰角掘进时P1

本工程针对以上问题制定了相应的控制措施：

（1）改单一硬性水泥砂浆为双液瞬凝砂浆。双液水泥砂浆既能保证在施工过程中不会因为稠度过大而堵塞注浆孔，也不会因为初凝时间过长而不能及时有效的控制管片的上浮。

（2）注浆量及注浆压力。注浆量应为理论计算值的140%～180%，这是因为隧道在开挖过程中会造成超挖，所注入的浆液也会因地下水而流入到土仓中而损失部分浆液。注浆压力是在注浆处的水土压力的基础上相应减小以免造成劈裂注浆，本工程采用的注浆压力为0.2MPa。

（3）控制盾构掘进姿态，尽量避免姿态的调整。盾构掘进姿态适当低于设计中线，当发现盾构掘进中轴线的平面位置和高程的允许偏差大于规范要求50mm时，应逐步进行纠偏，不能过猛地纠正偏差，纠偏角度不得大于3mm/m。

2 泥水盾构下穿河床参数控制

2.1 切口水压的控制

在盾构过A013桥前，必须控制好切口水压，尽量保持切口水压的稳定，为了减少对A013桥边河堤的扰动，根据土压力设定切口水压值。在盾构机穿越了河堤后，由于覆土厚度产生突变，此时应该及时调整设定的压力值，减少河底的沉降，保护好河堤。掘进时仓体切口水压力：上部：0.70～0.75bar，下部1.0～1.05bar；气压：1.10～1.15bar，停机时仓体切口水压力保持0.70bar，调节时以上部切口水压力为主。

2.2 推进速度和姿态控制

盾构机的推进速度和姿態控制直接影响到土体沉降，因此在过河堤时应适当放慢盾构的掘进速度，掘进速度控制在15～30mm/min，刀盘转速0.7～1rpm，即一环的掘进时间约控制在60～80分钟，以尽量减少对土体的扰动。推进千斤顶总推力：800～1000（t）；推进千斤顶行程1750～1900mm；推进千斤顶行程差0～50mm；铰接千斤顶行程：40～80mm，行程差：0～40mm。穿越过程中，盾构机的姿态变化不宜过大或过频，并且严格控制中线平面位置偏差、盾构切口与盾尾平面以及高程偏差均不超过±50mm。一旦出现盾构偏移轴线过大或地面变形偏大，应逐步纠正，并及时调整推进速度。

3 结语

经过精心准备和科学施工，本工程依托于广州市轨道交通九号线工程飞鹅岭～花都汽车城站区间泥水盾构始发已顺利完成。通过不断总结和摸索，使小断面盾构在过江隧道的施工技术不断成熟，为类似工程地质的小断面泥水盾构施工总结了可借鉴的经验。

参考文献

[1]刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[2]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].人民交通出版社，2004.