不截流土压平衡盾构下穿城市湖泊风险管控技术

徐为民

摘    要：地铁盾构法施工中许多会下穿城市湖泊，总结以往经验及翻阅有关资料，编制切实可行的施工方案，组织经验丰富的专家召开评审会。穿湖前组织相关专家实地进行风险点位查勘，从而总结归纳得出盾构穿越湖泊相关技术参数。针对人工湖不同的结构形式、水文条件、施工条件、工期要求等数据进行调研，从盾构机掘进总结的参数、区间设计参数、洞内姿态控制参数、湖面扰动情况等进行综合分析。本文结合实际施工情况，分析穿湖存在的风险原因，对下穿湖泊的风险控制提出一些相应的措施。

关键词：盾构法施工;下穿湖泊;风险控制

1  引言

随着我国城市轨道交通建设的飞速发展，地铁地下工程应用领域不断扩大，在地铁方便城市市民出行的同时，也对地铁的施工安全性提出了更高的要求。盾構掘进工作面水土压力与密封舱内压力动态平衡是土压平衡盾构机的施工重点，特别在穿越浅覆土小半径大坡度的湖底时风险更高。土压的不均匀及推进参数控制不当会导致湖底坍塌隆起等重大安全事故。因此，如何控制好土压平衡盾构机推进参数是风险管控的重点。本文借鉴以往施工经验，针对现场的实际情况，严格控制施工参数，在浅覆土小半径大坡度地层中匀速安全地穿越了天鹅湖，将所有风险指标控制在规定范围内。

2  工程概况

合肥市轨道交通3号线土建TJ06标位于政务区潜山路、天鹅湖路段，全长3447.742m，包括明挖车站2座、盾构区间3段，分别为祁门路站～大剧院站区间、大剧院站、大剧院站～高河东路站区间、高河东路站、高河东路站～望江西路站区间。

祁门路站～大剧院站区间起讫里程：DK8+458.350～DK9+423.475，区间右线长度965.125m，左线长度988.914m（长链23.789m），在右DK8+870.000、左DK8+887.057处设置联络通道。区间线路出祁门路站后向北沿翡翠路敷设，下穿天鹅湖后进入天鹅湖路，向东继续前行依次侧穿国资委大楼、合肥广电中心等建筑，进入大剧院站。区间主体采用盾构法施工，盾构推进过程中的主要控制性构筑物为国资委大楼、合肥广电中心。

区间工程概况详见表《祁门路站～大剧院站区间工程概况表》。

3  下穿天鹅湖施工风险分析

3.1  螺旋机喷涌

经过现场实地勘察，隧道覆土上部多为淤泥及粉质黏土，具有较明显的突变性、流动性，在刀盘扰动下，极易破坏土体结构，产生裂隙;覆土下部主要为黏土层，遇水易膨胀，在盾构机动力扰动下，水将会从上部产生的裂隙中流下，形成水通道，造成螺旋机喷涌，影响隧道内施工安全。

3.2  湖底坍塌

由于所处湖段覆土多为黏土层，若推进过程中土仓压力控制不当，土体受土仓压力扰动极易产生裂隙，此时若发现不及时，土体流失较多，将造成湖底坍塌，影响洞内人员生命安全。

3.3  盾尾漏水

盾构机因长时间工作，盾尾刷的磨损较严重，会出现盾尾漏水;推进过程中盾尾油脂的质量及注入量、注浆参数的选择、管片拼装质量、盾构机掘进姿态这几个方面都会对盾尾漏水带来较大安全隐患。

4  盾构推进参数控制

借鉴前期盾构掘进参数，结合天鹅湖段地质、埋深、线型等具体情况，在盾构穿越天鹅湖期间主要对以下参数进行控制。

4.1   土仓压力及出土量控制

（1）隧道穿越天鹅湖范围，主要位于黏土（2）2中，隧顶最小埋深6.1m。在盾构到达河床前，对照隧道排版，结合管片超前量，推算盾构过河段每一环管片的实际埋深，并对照地质勘察报告及实测水深，计算实际的水土压力;在计算当前环的土压时，应特别注意盾构机长度，施工时应明确刀盘、盾尾到达河床与离开河床对应的实际管片环号，以便适时调整土仓压力。

（2）根据前期施工出土量统计及分析情况，设计出土量为46.4m3，实际出土量平均约为55m3，出土松散系数基本为1.18。盾构每环的出土量由跟班技术员根据渣土斗存方实际测量得出，保证出土量测量精度。

（3）出土量的控制通过调整螺旋机转速来实现，与土仓压力直接挂钩，必须由盾构司机、跟班技术员针对刀盘扭矩、总推力、掘进速度等参数进行综合权衡，最低要求：盾构掘进刀盘扭矩不大于3900kN·m，总推力原则上不大于15000kN，主轴承温度不大于40℃;在最低要求的基础上，最大限度减少出土。

4.2   推进速度、刀盘转速与扭矩

盾构机过河段，快速均匀推进，推进速度控制在35mm/min～40mm/min之间，以保证盾构迅速过河为目的。刀盘转速控制在1.0r/min～1.4r/min，同时扭矩不高于3900kN·m，一旦发现扭矩加大，应立即上报进行处理。

4.3  盾构姿态

盾构穿越前应将姿态向轴线靠拢，穿越过程中，应控制盾构机的纠偏量，每环应不大于3mm，穿越过程中，加强对自动测量控制点的复测，并控制盾构姿态的纠偏量，确保以既定姿态推进。

4.4  管片拼装

盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。特别穿越天鹅湖地段河道的地层，因此严格控制管片安装质量至关重要。

（1）防水等材料的安装。①弹性密封垫、自粘性橡胶薄板、传力衬垫的安装以及石棉橡胶板的使用必须按设计要求进行，避免错用漏用;②在弹性密封垫粘贴安装前应清除管片上预留凹槽接触面的灰尘，防止安装后剥离、脱落。安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴在凹槽的正中位置，以保证管片拼装时弹性密封垫能以紧大接触面积。③在存放管片进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫或软木传力衬垫淋雨、受潮而损坏;④在管片拼装前，若因故导致弹性密封损坏或水膨胀条发生了预膨胀，则必须重新更换弹性密封垫;⑤管片均采用错缝拼装方式，拼装时先拼装底部标准块，然后按左右对称顺序逐块拼装两侧的标准块和邻接块，最后拼装封顶块。封顶块拼装时先搭结二分之一环宽，径向推上，再纵向插入。