盾构下穿河流砂卵石地层的施工技术研究

吕贻坤

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程概况

地铁项目在人民北路站-西北桥站区间盾构下穿府河，区间隧道设计起终点里程范围分别为ZDK27+901.203～ZDK2 8+988.852、YDK27+901.203～YDK28+988.851，左线全长为1 087.811 m（长链0.162 m），右线全长为1 087.648 m，区间在ZDK28+390.695（YDK28+390.000）处设置1座联络通道，通道长为5.66 m，通道顶部距地面埋深为14.8 m，位于隧道中部。

2 难点分析

根据钻孔揭示可知，区间盾构下穿府河段的地层主要包括＜2-9-2＞稍密卵石、＜2-9-3＞中密卵石、＜2-9-4＞密实卵石等，盾构隧道洞身主要穿越＜2-9-3＞中密卵石土。结合工程特点和实际地质情况分析盾构下穿府河应着重防止地面建筑物塌陷、喷涌、涌砂和穿越卵石层时刀盘被卡等情况发生。

3 施工工艺及流程

3.1 加固措施

（1）竖向大管棚加固。

在盾构下穿前，西北桥两侧桥台外侧地面分别打设两排Ф159×8 mm@0.4 m管棚（先预注浆再插入钢筋，挑选管棚注浆，间隔三根选一根）约束桥梁的水平位移，管棚长约14.5 m，底部伸入基础底2 m，管棚内插入三根直径20 mm钢筋，管内灌注水泥浆。管棚实施时需对影响范围内的管线进行核查，确保管棚打设位置，并避开重要管线，管棚间距可根据管线进行适当微调。

（2）围堰。

为了满足桥洞混凝土套拱施工，需对处理围堰，根据设计及产权单位意见，将围堰施工分为两期进行，自西向东依次对桥洞进行围堰施工作业。

①围堰形式及断面。现状府河上游流量较大，且不可断流，分为两次围堰施工，断面采用上口宽为4 m、下口宽为5 m、高3.5 m；围堰采用编制袋装土（25 袋/m3）码边（宽1 m）、中间作黏土心墙的围堰形式。由于现场无法取土，围堰土采取外进黏土，由人工现场装袋转运100 m后下河围堰。

②围堰施工。围堰施工中应注意，围堰轴线应放置准确，尤其是纵向围堰。草袋码放须准确到位，注意错缝搭接，均匀收坡。填土选择透水性小的黄黏土，同时夯填必须及时跟进，夯至密实。

③排水。每期围堰完毕后，使用Ф150潜水泵逐次抽去围堰内的积水，在围堰范围内设置3座集水井（围堰上游2个集水井、下游1个集水井），集水井为圆形，顶面直径2.0 m，井底标高低于围堰底1.5 m，每个集水井设置1台Ф150潜水泵，24 h不间断排出渗水，预计每处施工点的抽水台班数量为135个。

④下河马道。在一、二期围堰范围的上游及下游，设置下河马道，马道由场外进建渣填筑，马道土填筑尺寸25 m长、高4.5 m、宽5 m，围堰拆除时一并开挖外弃。

⑤河道淤泥。围堰施工完毕后，开始进行桥梁下清淤工作，清淤至河床底50 cm处，疏掏采用机械挖掘上岸集中堆放，再装车外弃。

⑥围堰拆除。西北桥施工完毕后可拆除围堰，围堰拆除仍采用退行清除办法，拆除的围堰集中堆放后装车外弃。清淤和拆除围堰过程中保持现场整洁，每日安排人员对施工现场及周边进行清扫保洁，保证施工中不污染周围环境。

⑦河堤拆除及恢复。因管道施工原府河条石河堤需拆除，上下游及左右岸各6 m，拆除后建渣全部外弃，恢复河堤按原结构恢复。

（3）预留注浆孔。

在混凝土支撑结构施工前，对中间桥墩基底预埋袖阀管，管径52 mm，注浆管长约6.2～6.8 m，预注浆管沿桥墩方向间距2 m单排布设。根据智能监控系统实时反馈的西北桥沉降值，对桥墩基础进行注浆，进而控制桥墩沉降。

①钻进成孔。待河底清淤完成后，进行钻孔施工，钻孔采用潜孔钻机。成孔自检合格后，通知监理进行成孔验收，检验合格后钻机移至下一桩位。

②插入袖阀管。成孔后应及时插入注浆袖阀管，袖阀管底部采用底盖封堵，顶部采用封顶块封堵，预防渣土等杂物进入袖阀管。河道底板钢筋混凝土施工时，将袖阀管接长至水面以上，预留跟踪注浆条件。下管时顺着孔中心位置向下放，袖阀管下方4 m采用带孔袖阀管，上部采用不带孔袖阀管，严格控制注浆范围[1]。

③浇筑套壳料。下部设注浆孔段套壳料用细沙和1∶1水泥浆液混合砂浆料填充，根据施工情况可调整配合比，保证充填料脆性、自稳性。该段套壳在注浆时，受破碎而开环，使灌浆浆液在灌浆段范围内进入地层，达到单向注浆不回流的目的。

④跟踪注浆。

结合智能监测系统反馈数据对桥墩进行注浆加固。水泥浆液水灰比为1∶1，注浆时需要先开环，通过注浆压力使浆液进入地层。注浆压力到达0.3～0.4 MPa或智能检测系统反馈桥墩停止沉降时，注浆结束。注浆过程应多观察周边管线井、河堤及水面，若发现河堤隆起或管线井漏浆或水面呈浆液色时，应立即停止注浆，洗孔留待下次注浆时使用。

3.2 掘进控制措施

（1）掘进参数选取。

盾构隧道通过府河段先掘进施工左线，再掘进施工右线。左线盾构掘进过程中，根据实际地质情况适当调整掘进参数，为右线盾构通过府河提供指导性掘进参数[2]。

（2）出土量控制。

盾构出土量采取体积与质量双控的模式进行管理，盾构施工时，应及时监测料仓内的渣量和压力，如有异常，应及时调整参数，并通知地面作业人员。

①在盾构掘进过程中，需要匹配出料速度和掘进速度。

②在盾构掘进过程中，应对出渣量进行过程控制，按照理论计算每掘进约32 cm即出1斗渣土，出土量约11 m3，渣土重约33 t，以此为标准，检查推进过程中是否有超挖或出渣过多的情况，如出渣过量，应及时调整推进参数和螺旋机出渣速度。

③盾构施工过程中，应避免发生喷涌情况，若发生喷涌，难以控制出渣量，易造成超挖。

（3）渣土改良。

泡沫：浓度控制在1%～3%之间，发泡倍率应控制在4～6之间，生成泡沫流量控制在100～200 mL/min之间。主要根据刀盘的扭矩、千斤顶的推力、实际出土的情况三项参数，调整泡沫系统的参数，当观察到出土的含水量过高或出土较干时，应立即调整泡沫的注入量。

膨润土：膨润土应充分膨化后使用，长时间停机向土仓内、盾尾分别注入6、3 m3，盾构复推过程中，利用膨润土泵单独向土仓内注入膨润土，以改良渣土状态。

（4）同步注浆控制。

砂卵石地层有较强的透水性，需要针对管片的施工缝隙进行填充防水，填充使用的浆液比应根据实际地质情况进行试验分析确定，初凝时间应＜6 h。在储浆罐内不可清理管道内的砂浆，在隧道内不可向砂浆中加水，不可将无水泥砂浆混合进洞使用；应保证注浆充足供应，并应避免注浆过量，导致浆液进入刀盘；注浆压力控制在0.3 MPa左右；保证注浆管和护尾管畅通，有问题及时反映给值班工程人员。

（5）姿态控制。

盾构过府河段，应保持盾构机掘进姿态，水平和垂直角度的偏差允许控制在3 cm，如超出偏差允许，应立即进行调整，纠偏操作应逐步缓慢。

（6）盾尾密封管理。

保证盾构始发前第一次油脂的涂抹质量；保证油脂质量及施工中盾尾油脂量和压力；控制同步注浆压力，避免浆液击穿盾尾刷；保证管片拼装质量，防止管片拼装变形和管片错台后，使盾尾密封无法紧密包裹整环管片，形成渗漏通道；盾构施工人员应进行盾尾油脂注入和盾尾密封管理交底，保证盾尾油脂足量注入和盾尾密封良好。

（7）铰接密封管理。

铰接属于活动连接，盾构掘进纠偏，使铰接经常性反复运动，可能造成部分损坏或磨损，应对铰接进行全面检查，对存在磨损的部件进行更换。在掘进过程中，应避免紧急纠偏，减少铰接的磨损。

为了保证密封效果，在掘进时，控制铰接伸出长度，控制在20～100 mm之内，若超出100 mm，应立即手动调节，使铰接有效缩回。

铰接密封效果与盾构机和管片姿态有关，纠偏过急和管片姿态较差，会造成铰接伸出量差别大，易挤压铰接密封装置。在掘进时，应控制好盾构姿态，避免出现频繁纠偏和紧急纠偏情况。

3.3 二次补注浆控制

在盾构通过段影响范围内的管片上增设注浆孔，根据地质及掘进情况，盾构通过后，从洞内对隧道周围土体进行二次注浆，加固土体。注浆位置不宜距离盾尾过近，避免浆液窜至土仓内形成泥饼，一般距离盾尾6 m位置。二次注浆采用单液浆，注浆材料采用1∶1普通硅酸盐水泥进行配比，注浆压力控制在0.3 MPa之间，注浆压力需要根据实际地质情况、地面监测情况及时进行适当调整，并控制稳压时间不少于30 min。

3.4 管片拼装及选型

在盾构掘进过程中，值班工程人员应根据盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程等，做好管片选型工作，管片供应严格按指令供应合格管片。管片采用错缝拼装，为先下后上、先纵后环、左右交叉、纵向插入、封顶成环工艺。

4 结语

综上所述，随着盾构法技术的不断成熟，越来越多的地铁项目采用盾构施工，由于地铁建设施工面临的环境和地质复杂多变，尤其在盾构隧道施工中，穿越密卵石土等地质情况时，易引发刀盘被卡、地陷等事故发生。针对可能存在的建筑物塌陷、喷涌、涌砂和穿越卵石层时刀盘被卡等主要风险点提出了加固、掘进过程控制、二次注浆加固等施工技术措施。