浅覆土砂卵石地层盾构穿桥技术

柳丽琼

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

1 工程概况

呼和浩特市轨道交通2号线一期工程百合路站-新店站区间为地下双单线区间，盾构区间起于百合路站，沿成吉思汗东街敷设，侧穿科尔沁高架桥桥桩后进入新店站。

本区间隧道全长496.947m。区间隧道全线敷设于地下，采用盾构法施工。区间线路出百合路站后，以2‰、10.6‰的坡度上坡，再以2‰的坡度下坡到达区间线路设计终点新店站，区间结构顶部覆土厚度最浅处穿越科尔沁快速路高架桥。

2 水文地质及工况分析

百合路站-新店站区间沿成吉思汗大街向东，地形较平缓，地面高程介于1086.85～1087.85m,地貌单元属山前冲洪积倾斜平原。区间穿越地层主要为3-5细砂、3-6中砂、3-8砾砂、3-9圆砾层、3-10卵石层等。

下穿高架桥区域盾构区间主要通过卵石层（含量约30%，粒径60～300mm)、圆砾层（含量10%，粒径20～200mm)。

科尔沁快速路高架桥为刚箱连续梁桥（剖面图见图1），基础直径为1200～1500mm的摩擦桩，桩长为42m。区间在里程DK26+945.527～DK27+002.100 和DK26+946.830～DK26+995.951段下穿科尔沁快速路高架桥桥桩，盾构区间结构外侧距离最近桥桩距离为4.94m,此里程盾构覆土埋深5.948m。

3 盾构技术方案及优化设计

3.1 盾构选型

3.1.1 盾构机整体选型

考虑到地层的适应性以及高架桥施工风险，由于本项目工程地质与水文地质的变化很大，在这种含有不稳定地质状况下，选择复合式土压平衡盾构机，先进的刀盘及出碴系统的设计能够有效地控制掌子面及地表沉降，减少刀盘、刀具及螺旋机的磨损[1]。

图1 下穿高架桥剖面示意图（单位：mm）

3.1.2 合理选用刀盘

1）合理设计刀盘，刀盘结构采用Q690特种钢板制作，刀盘的防磨损保护是通过在整个刀盘包裹LOVSUNS特种耐磨合金钢板实现的。

2）本项目采用的刀盘在始发之前，经过全面改造，刀盘开口率达42%，开口在整个盘面均匀分布，利于渣土流动流畅及土压传递更真实，不易形成刀盘泥饼。

3.1.3 设置独立的渣土改良系统

在刀盘上设计有7个分别独立控制的渣土改良喷嘴，用于对刀盘中心及各个容易结泥饼部位的冲洗和清理。这样可以防止渣土在刀盘中心区域堆积（冲向开挖仓底部），起到有效保护刀具的作用[2]。土舱内配置6个渣土改良注入口，螺旋输送机沿轴向均布4个渣土改良注入口，保证渣土从被刀盘切削下来直到排出均得到有效改良，并且有效降低螺旋输送机卡死情况的发生。

3.2 下穿高架桥盾构技术参数确定

3.2.1 盾构掘进参数确定

在进入科尔沁快速路之前，选取50m设置试验段，为了能快速下穿快速路，在此范围内调整盾构掘进参数，最大程度提高掘进速度，减少掘进速度慢对地层的长时间扰动。

经过试验段的参数实施及调整，确定盾构下穿高架桥期间盾构机的各项参数（主要有正面土压力、千斤顶顶力、推进速度、刀盘扭矩、排土量、螺旋机转速、同步注浆压力及注浆量等），使之对桥基影响控制在安全、可靠的要求范围内。

1）盾构机正面土压力上土压力：0.8～0.9bar;

2）盾构推进速度控制：25～35mm/min;

3）盾构机千斤顶总推力：7000～8500kN;

4）刀盘转速：1.1～1.3r/min;

5）螺旋输送机的转速：8～12r/min。

3.2.2 及时进行壁后注浆和二次注浆

1）严格控制盾尾同步注浆量和浆液质量，并及时进行二次注浆。

2）盾构推进时，为防止围岩松动和下沉的同时管片漏水，达到管片环的早期稳定以及防止隧道的蛇行，需对盾构外径及衬砌外径间的空隙进行同步注浆[3]，注浆压力约0.2～0.3MPa,并根据盾构推进速度控制注浆量，穿桥期间实际注浆量采用理论值的150%～250%。

3）二次压浆在管片出盾尾5环后进行，二次注浆从隧道的两腰开始，注完顶部再注底部，注浆压力和注浆量双控。

3.2.3 优化渣土改良及效果

在土压平衡式盾构施工过程中，开挖面土体的流动性十分重要，为提高开挖面土体的流动性，通过对开挖出渣土进行改良来满足现场施工。

根据本工程穿河范围内的地质特点，从试验段开始进行泡沫的优化，主要从泡沫剂的类型、注入参数等方面进行了优化。

选用进口型巴斯夫泡沫剂，通过6路管路打进土仓及刀盘。其中中心一路配合高压水枪冲洗刀盘背后，其余5路全部打入刀盘前方土体。

泡沫注入参数优化调整如下：

1）膨胀率（FER)值：1：10～1：20，并根据刀盘刀具半径进行适当调整。

2）泡沫流量：150～300L/min,根据出土情况及时调整注入参数。

经过几项措施的全面优化，渣土改良效果明显，排土顺畅。

3.3 盾构穿桥优化措施

3.3.1 方案优化的重要性

沉降要求标准高：承台及桩基水平位移变形累计值为6mm,变化速率1mm/d;相邻墩台差异沉降累计值6mm;桥梁裂缝累计值0.2mm。

3.3.2 二次注浆向深孔注浆优化

在右线DK26+957.404～DK27+003.904管片靠近桥桩的一侧施作二次深孔加强注浆加固（采用16孔特殊管片，取代普通段落的二次注浆），二次深孔加强注浆加固采用水泥砂浆。注浆结束后，拆除注浆头，用双快水泥砂浆对注浆孔进行封堵，带上螺堵。

二次加强深孔注浆采用双液浆，水灰比=1：1，水玻璃：水=1：1，水泥浆：水玻璃混合液=2：1，静止状态下初凝时间控制在10～15s。每环的注入量为10包水泥、2桶水玻璃。

4 结语

综上所述，以呼和浩特市轨道交通2号线一期工程百合路站-新店站区间为研究对象，通过上述工程实践可得，砂卵石地层自稳性差、土质松散且下穿快速路区段隧道埋深浅，盾构施工易造成地表沉降，一旦超挖或者注浆不密实，会极大影响地面交通正常运行，因此在下穿期间控制超欠挖、控制土层压力、及时注浆尤为重要。