泥水盾构过素桩区技术及堵管处理技术研究

钟诚

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074）

1 概述

近年来，在现代化的城市发展过程中，城市轨道交通建设越来越快。在地铁隧道线路规划过程中，虽在设计上尽量采用现有道路地下空间，但由于城市既有建筑物林立，无法完全避免建筑物下方桩基础直接侵入隧道范围。所以，如何在不对桩基进行移除，通过泥水盾构本身掘进控制技术，保证地面及上方建筑物沉降控制，就具有重要意义。

2 工程概况及素桩堵管问题分析

2.1 工程概况及地质条件

亭岗站～白云湖站区间自白云湖站出站后过白云湖引水渠及华快高架桥，然后穿过滘心村建筑群，后沿石沙路南行，接入亭岗站。其中亭岗站～白云湖站区间盾构段右线起止里程为YDK29+028.701～YDK30+127.889，区间右线长1101.679m（短链长2.491m）。在YDK29+553.148处设置一座联络通道。亭岗站～白云湖站区间隧道主要穿越的地层有<3-1＞粉细砂、<3-2＞中粗砂、<3-3＞砾砂、<4N-1＞粉质粘土（流塑～软塑）、<4N-2＞粉质粘土（可塑）、<4-2B＞淤泥质土、<9C-2＞灰岩微风化地层及土洞、溶洞。地层含水量大，地下水丰富，地表建构筑物多，施工风险较大。

2.2 素桩区概况

右线在里程YDK29+640～YDK29+710处存在素桩，此处地层为<4N-2＞粉质粘土（可塑）、<3-2＞中粗砂，地下水深为1～2m。地表构筑物原为民春哥商铺楼、健成商铺楼、求超商铺楼，基础为混凝土灌注桩，桩径约0.8m，深度13m，该处隧道埋深6.9～7.5m，因此桩基侵入隧道轮廓线5.5～6.1m。该处地质平面图、剖面图如图1～2。

图1 素桩区地质平面图

图2 素桩区地质剖面图

盾构机在素桩区掘进需堤防刀盘在破损素桩产生的混凝土块堵塞环流系统，环流系统堵塞，导致盾构机停机，同时也会导致压力过高，造成地面冒浆、爆管等后果。同时素桩本身强度低，掘进过程中极易产生大块。因此，在素桩区掘进，要严格控制掘进参数，避免堵管造成的不良影响。

表1

3 技术措施及堵管处理措施

表2 右线桩基环数统计

3.1 掘进前准备工作

（1）盾构机过素桩提前讨论方案形成技术交底，统计素桩位于刀盘及掘进环数的位置关系便于掘进时参数控制做到平稳、快速、安全过桩。

（2）增加采石箱格栅，利用采石箱格栅防止混凝土块进入环流系统，阻挡在采石箱格栅前的大块可以通过清理采石箱时将其清理出去。

3.2 掘进参数

（1）切口水压：依据实际计算及现场经验得，切口环水压=该部位静水水压+0.5bar，因此素桩区掘进切口水压控制在0.9～1.0bar。

（2）掘进参数：素桩区掘进过程中素桩与粘土层交替出现，不同的地层控制不同的参数，具体参数如下：

4 异常情况分析及处理措施

4.1 掘进参数异常

掘进过程中时刻注意参数变化，遇到素桩时速度突然减小，此时增大推力，扭矩也随之增大，相应增大刀盘转速，降低推进速度，减小贯入度，切削桩基具体参数以素桩区掘进参数为主。如果掘进过程中参数异常情况持续发生应立即停机分析原因，减少因参数异常而产生的其他不良后果，并且针对原因采取措施，待参数正常后恢复掘进。

4.2 环流参数异常

泥水盾构出渣方式为通过进排浆泵管路环流携渣到地面分离设备后渣浆分离，素桩区掘进减小速度，减小贯入度的目的就是尽可能把桩基切成碎快进入管路环流到分离设备。实际刀盘切削中必然存在大块通过刀盘开口进入泥水仓然后通过排浆泵吸入管路极易形成堵管，造成掘进受阻。根据现场施工经验堵管情况归纳为两种，一种是泥水仓到排浆泵进口堵管，一种是排浆泵出口到地面分离设备堵管。这两种堵管现象分别可以从环流界面的参数分析得出。

（1）排浆泵进口压力异常

根据现场施工经验排浆泵进口压力低限设置为0.5bar，低于0.5abr时V37自动打开补压，说明此时排浆管路有堵塞情况发生。如果此情况持续发生，则切口水压升高，进排浆流量减小此时管路阻塞情况比较严重应立即停止掘进环流切入机内、机外旁通模式循环，待进排浆流量、压力恢复正常后方可掘进。如果在机外旁通模式下进排浆流量、压力恢复正常，机内旁通时进排浆流量、压力不能恢复正常则说明泥水仓到排浆泵入口有堵塞。首先考虑采石箱堵塞，因为采石箱入口管路直径为300mm，出口为200mm，且中间加入格栅，尺寸为110mm×110mm（最大通过粒径控制在156mm以内）通过刀盘开口进入泥水仓的石块、钢筋、木桩等进入到采石箱堆积阻塞格栅，清完采石箱环流进排浆流量、压力恢复正常则恢复掘进，如果异常则分析泥水仓到采石箱有石块堵在管路中，根据以往经验拆除V05、V06、V07三通连接的软管抽出管路中的泥浆查看管路如图3～4所示，发现石块及时处理，继续环流待正常后恢复推进。

图3 分离设备排浆管路弯头拆除

图4 管路弯头处堵塞的混凝土块、钢筋

（2）排浆泵出口压力异常

掘进过程中排浆泵出口压力、流量异常，则说明排浆泵出口到地面泥水分离设备管路中异物堵塞，根据施工经验在采石箱格栅完好的情况下管路堵塞主要是因为石块、钢筋、木桩混合堆积在一起相互阻碍造成排浆流量低、排浆泵的出口压力高。此时需要增加进排浆泵的功率增大排浆泵的流量、出口压力冲涮堵塞位置一段时间后如果恢复正常则继续掘进，如果没有变化则第一步切换分离设备排除排浆管路在分离设备处的堵塞情况，图5～6地面分离设备弯头堵塞情况。切换后排浆泵流量、出口压力依旧异常。则考虑其他位置堵塞，此时主要排除管路弯头是否堵塞，判断方法用大锤敲击管路声音清脆则说明此处没有堵塞，声音混沌则说明此处有堵塞需要拆除管路做进一步排查。

（3）切口水压力异常

素桩区掘进环流异常情况频繁发生，导致切口水压波动较大，容易产生地表沉降或者隆起，甚至冒浆现象。掘进过程中时刻注意环流界面参数，发现异常立即停止掘进，切换到旁通模式环流降低切口水压波动维持掌子面的稳定，同时加强地面沉降监测。

5 总结

通过以上分析，过素桩主要概括为：时刻关注掘进参数变化发现异常立即切旁通，勤开采石箱处理堆积石块、钢筋、木桩确保环流正常，加强地表监测稳定切口水压维持地表建构物稳定。实践过程中不断总结经验教训，做到连续、快速、安全通过此种地层。

通过泥水盾构本身泥水稳定掌子面压力的优势以及上述掘进技术控制措施和堵管处理措施，能有效的保证盾构穿越桩基地面沉降控制，可为以后类似工程提供宝贵经验。

图5 三通连接处软管拆除

图6 三通处堵塞的石块

图7 三通处取出的石块

[1]黄威然，竺维彬.泥水盾构过江工程江底塌方风险的应对及处理[J].现代隧道技术，2006，43（2）：49～53.

[2]丁光莹，章仁财，沈永东.大连路隧道盾构进洞技术比选.

[3]何小玲，张帆.上海翔殷路隧道盾构进洞口地基处理技术[J].地下工程与隧道，2006（3）：30～32.

[4]王世明.延安东路越江隧道盾构段施工评价初探[J].地下工程与隧道，1988（4）：7～13.