谈盾构下穿城市水渠控制技术

文一鸣 祁海峰

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

随着全国各地地铁建设的兴起，地铁区间隧道越来越多采用盾构法施工，而盾构穿越水渠风险极高，为此研究一套切实可行的盾构穿越水渠技术尤为重要，本文通过成都地铁4号线膨胀地层盾构穿越东风渠工程为依托，通过盾构掘进参数、掘进方式、管片拼装等工序研究、总结最优的方法，为今后类似地层中盾构施工提供参考及工程经验，应用前景广阔。

1 依托工程概况

成都地铁4号线盾构施工分别在隧道里程ZDK41+259.565～ZDK41+299.984,YDK41+268.801～YDK41+308.365段下穿东风渠，东风渠宽约为31 m，深约为4.5 m，C15混凝土护坡、护底。隧顶距离渠底最近距离8 m～9 m，隧道穿越该地段主要地层为⑤-1-1全风化泥岩和⑤-1-2强风化泥岩。

2 施工控制原则

盾构通过前对东风渠进行详细调查制定掘进参数，通过试验段确定掘进参数；盾构通过过程中严格控制掘进参数和加强监测、观测，及时进行二次注浆；盾构通过后根据对掘进参数统计分析情况，再次采取补充注浆措施，确保东风渠段安全。

综合考虑该区段隧道的埋深、地质情况以及与东风渠的空间关系，制定穿越东风渠的指导思想为：“安全、连续、快速均衡通过东风渠段”，并确立“压力合理、均衡掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的施工原则。

3 盾构掘进参数控制

盾构下穿水渠掘进时，主要遵循以下原则：加强施工设备管理，确保盾构连续穿越；严格控制掘进参数(土压力、掘进速度、掘进姿态、出土量、同步注浆等)；加强地面监测分析；做好应急措施准备。

1)掘进速度控制。

当盾构机刀盘里程距离河岸10 m时，逐步减小盾构机的推力，推力控制在900 t左右，适当降低掘进速度，掘进速度控制在20 mm/min～35 mm/min，尽量保持速度均匀。

2)动态调整土仓压力。

通过地面监测数据的变化及时调整盾构机土仓压力及掘进速度，东风渠段盾构覆土厚度为8 m～9 m，按理论进行计算，盾构土压力为0.8 bar～0.9 bar，考虑到东风渠河水水压的影响，因此在盾构通过东风渠段时，宜将土压力控制在0.8 bar～1.0 bar左右(建立实土压)，并根据实际情况调节。

a.当盾构机在距东风渠5 m时，需要逐步降低盾构土压力。根据计算及经验，盾构通过东风渠西岸期间，土压力由1.3 bar左右逐渐降低至0.8 bar左右，同时控制掘进速度。

b.盾构通过东风渠底期间，土压力宜控制在0.8 bar～1.0 bar左右。

c.盾构完成穿越东风渠后，向西岸前进，在盾构切口接触河岸开始，土压力逐渐提高，由1.0 bar提高至1.2 bar左右。

3)推力、扭矩控制。

a.当盾构机穿越东风渠时，控制推进油缸总推力在800 t～1 100 t，刀盘转速控制在1.1 r/min，通过适当的减小推力及刀盘转速，减小对地层的扰动。

b.下穿河流及含水丰富地层时，泡沫性状应调干燥，以有效阻水。穿越东风渠期间泡沫浓度设置为2%～3%，发泡率设置为8～10，空气注入率控制在80 L/min左右。掘进时刀盘扭矩控制在90 t·m～150 t·m。

4)出土量控制。

盾构在穿越东风渠期间，严格控制出土量，出土量严格控制在55 m3以内，并可适当欠挖，保持土体的密实，以免东风渠水渗透入土体并进入盾构。

5)盾构姿态控制。

a.盾构穿越东风渠时，区间隧道为半径R620圆曲线，掘进时值班工程师根据盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程等做好管片选型工作(盾尾间隙小于20 mm，油缸行程差大于50 mm必须进行调整)，掘进时控制好盾构姿态，保证平稳推进，减少纠偏。如果存在姿态纠偏的情况时，每环的姿态纠偏量不能超过8 mm。

b.根据蜀十区间前面100多环的管片姿态情况发现，管片在脱出盾尾后垂直姿态有20 mm左右的上浮量。盾构穿越东风渠时，该段地下水相对其他地段较丰富，盾构机垂直姿态控制盾尾在-30 mm左右，刀盘控制在0 mm左右。

6)同步注浆控制。

a.配合比：同步注浆浆液具备充填性好、流动性好、离析少、早期强度均匀，注入时应具备不受地下水稀释的特性，硬化后的体积收缩和渗透系数要小。配合比见表1。

表1 同步注浆配比 kg

b.注浆量：每推进一环的理论注浆量为：π(D12-D22)L/4。

其中,D1为盾构外径，取6.28 m；D2为管片外径，取6.0 m；L为管片宽度，取1.5 m。

V=π(D12-D22)L/4=4.05 m3。

下穿东风渠时，每环的同步注浆控制为130%～150%，即5.3 m3～6.0 m3。

c.注浆压力。为避免出现由同步注浆引起河底开裂的现象，注浆作业时，宜将压力控制在2.0 bar～3.5 bar；确保管片背后填充密实，避免河底开裂。

d.注浆速率。同步注浆时，必须保证上下左右四根注浆管同时注浆，注浆速度保持和掘进速度基本一致，盾构操作手每向前掘进100 mm后关注同步注浆量，及时提醒注浆操作手控制注浆速度。防止注浆过快、过慢造成管片背后形成空隙而引起地层沉降,见表2。

表2 掘进行程与注浆对照表

4 管片拼装控制

穿东风渠段处于R=600曲线隧道段，管片为1.5 m长C级加强型管片，管片错开拼装，先拼装下方的管片后拼装上方管片，左右两侧交叉进行。

根据隧道线路计算出转弯环与标准环的比例，按计划进行拼装，及时调整好盾尾间隙，保证管片成型质量。经过计算，标准环∶转弯环=5∶2。

管片拼装时注意保护管片棱角质量，进入拼装机直至拼装完成。这个期间重点检查管片止水条有无破损、翘边，专人检查，及时修补。专人负责管片螺栓紧固情况检查。其他常规工艺本文不再赘述。

5 结语

初步总结以下几点：

1)施工准备。

在穿越风险源前，准备工作要充分，要把风险分析透彻，制定对应的措施，并报相关部门，做好备份，做到程序符合要求。

2)掘进速度选择。

穿越风险源掘进时，掘进速度不宜控制较快。掘进较快时对地层扰动加大，造成地层不稳定性，加大掘进的控制难度。穿越掘进时，掘进速度控制在40 mm/min左右。

3)土压力控制。

在穿越河流过程中，土压力控制是至关重要的一方面，若压力过高，击穿河底，地层与河流连通，对掘进控制将造成更大的难度(螺旋喷涌，严重时河水涌入隧道)。因此应根据河流地层埋深以及地质水文条件制定合理的土压力。

4)过程值班及巡查制度。

穿越河流过程中施行24 h领导值班制度和巡查制度，能更好的执行制定的各项措施，处理过程中出现的问题，避免盾构长时间停机，保证了盾构均衡掘进。

5)小结。

整个穿越风险源(东风渠)组织过程，充分展示做任何事一个团队要有凝聚力，首先要明确并统一工作思路和目标，体系运行，责任明确，执行要刚性，严格的执行各项技术措施，通过对地铁施工出现问题分析，往往穿越风险源出现问题的几率很低，越是没有问题，过程中偏偏就会出现问题，这充分反映，越是正常的地层，因重视程度不够，反而容易出现问题，因此施工过程中，只要认真细心，抓关键点，抓细节，难度会大大降低。