盾构技术在软土地层穿越河流施工中的应用

刘 昶

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程简介

该区间为无锡轨道交通某线，该区间盾构下穿兴澄河，现状河底高程为0.3～0.5 m，河底宽度为16 m。规划河底高程0.0 m，河底宽度16 m。隧道顶部距离河底最小净距约8.8 m。河道驳岸采用自然护坡。穿越河流时的土层为淤泥质粉质黏土和粉质黏土。

2 盾构在软土地层中穿越河流掘进控制技术

2.1 推进土压和出土量的控制技术

很多隧道在穿过河流范围内的土质主要是粉质粘土，在特殊土质情况下施工时，对土压和出土量进行有效控制是十分必要的。在盾构到达河床位置之前，首先要对照隧道的排环表，结合管片的超前量来对水土压力进行有效计算。为了确保计算结果的准确性，可以参照地质勘查报告和实测水深。在对当前环土压进行计算的时候，要关注盾构机的长度。在施工过程中，还要关注刀盘和盾尾到达和离开河床时所对应的管片环号，并对土仓的压力进行适时调整。

2.2 螺旋机的控制技术

与其他地段相比，盾构在软土地层穿越河流的地段操作并使用螺旋机时，更容易发生喷水的现象[1]。因此，盾构在软土地层穿越河流掘进控制过程中，要尽量降低螺旋机的开口率，确保螺旋机可以满足实际出土的要求。与此同时，为了降低螺旋机喷水对施工造成不良影响，施工人员需要提前准备排污泵、铁锹和小土斗等作为辅助。一旦螺旋机发生涌水，瞬间喷涌而出的泥浆和泥沙可以得到有效处理，不会对盾构推进的进程产生明显影响。

2.3 管片拼装控制技术

根据工程设计要求，很多盾构在软土地层穿越河流掘进控制工程时，所采用的管片都运用错缝拼装技术。在拼装的过程中，需要从隧道底部出发，先安装标准块，再分别安装相邻块和封顶块。在封顶块安装的时候，需要在径向位置搭接三分之二管片宽度，合理调整位置后，沿纵向推进顶块。完成管片安装之后，使用推进油缸顶进管片，完成螺栓的安装并将其拧紧，最后将管片安装机移出。在安装过程中，还可以在K块的两侧使用黄油进行润滑，避免出现K块外弧面破碎的问题，同时减少对止水条的挤压和摩擦。除此之外，在管片拼装过程中，还要确保管片的完整性，避免出现裂缝和破损。

3 盾构在软土地层中穿越河流的处理技术

3.1 施工参数设定与控制

盾构在软土地层中穿越河流施工过程中，设定盾构机施工参数是一个重要的环节，不仅可以确保施工效果，而且还可以最大化地降低对河床的干扰。施工人员可以将盾构穿河之前60～80 m左右的路段作为试验路段，做好初始值的观测和记录，然后进行盾构掘进。在这个过程中，人员和设备要保持协调一致，使盾构施工能够持续进行。同时，要根据具体的试验参数设定各项施工参数，重点对盾构穿越河流的掘进参数进行设定[2]。并根据实际地面沉降数值来对这些参数进行调整，确保河流堤岸、河床底部等位置的沉降值在要求范围以内。另外，还要结合软土地层的具体地质条件，确保施工参数的稳定，确保盾构掘进能匀速进行，发现小偏差要在第一时间进行修正。通常来说，盾构在穿越河流时所产生的纠偏坡度要控制在1‰左右。为了达到这一目标，需要对地面位置、隧道位置以及河床位置进行有效的监测，为盾构的通过创造条件。

3.2 同步注浆与二次注浆

在盾构掘进过程中，注浆是一项重要的操作环节。实践证明，在盾尾脱除之后，管片外径与周围的土体会形成一定的空隙，这是出现地面沉降的一个最重要原因。为了解决这一问题，就要运用同步注浆与二次注浆的技术手段，对注浆的数量、压力、点位等进行有效控制，做好相关参数的记录。此外，在注浆过程中，还要确保盾尾的位置处于密封状态，如果出现盾尾漏浆问题，需要在第一时间进行处理。

1）同步注浆。同步注浆不仅可以帮助盾构机保持良好的姿态，同时还可以将管片进行固定，减少渗漏水以及地面沉降等问题发生的可能性。在施工过程中，要保持盾构掘进与注浆这两个操作环节同步进行，对注浆的数量和压力进行同时控制，确保盾构与周围土体的间隙被填满。由于穿越河流范围内软土地层的条件不同，要结合实际情况对注浆填充率进行控制，通常，要将其控制在150%～200%之间。如果在盾构掘进过程中出现地面沉降过大的情况，要停止掘进，将土仓内的土压进行提高，同时在盾尾的位置进行补注浆，并对地面沉降的变化情况进行监测，确保其满足要求之后才能进行后续的掘进施工。在确定注浆压力的时候，要结合河床覆土的厚度和软土地层的地质情况，可以适当地将注浆压力进行增大。如果注浆压力过小的话，可能会导致土压不平衡，在软土地层还可能会出现地层变形和劈裂的问题。但注浆压力与软土地层压力之间的差值通常要保持在50 kPa之内，最大值不能超过0.3 MPa。

2）二次注浆。在管片脱出盾尾位置8环左右的时候，施工人员要在衬砌背面位置进行二次注浆，以此来弥补同步注浆产生的缺陷，降低隧道在施工过程以及施工之后发生渗漏和沉降问题的概率。二次注浆所使用的液浆可以选择水泥与水玻璃相混合的双液浆，其中水玻璃的浓度为35°Bé，水灰质量比为（0.7～0.8）∶1，水泥浆与水玻璃的体积之比则为1∶1[3]。在施工过程中，除了对配合比进行优化之外，还可以向其中加入高效的减水剂，这样可以使浆液的流动性得到改善。在管片脱出盾尾之后，施工人员要结合具体的掘进参数，综合软土地层的特点，确定好二次注浆的最佳时机，必要情况下还可以多次进行二次注浆的操作。除此之外，在穿越河流掘进完成之后的20 d以内，还要对地面累积的沉降量以及每日的单日沉降量进行监测与控制。如果发现沉降值超过预期值的话，需要安装注浆泵，在相应区域进行跟踪式补浆。

4 结语

盾构在软土地层中穿越河流时，经常会出现地面沉降的问题。在这个过程中，要做好相应的组织，采用先进的技术，并做好实时监测，发现问题之后在第一时间进行处置，只有这样才能确保盾构安全地穿越软土地层的河流。当前所使用的处理方案包括盾构直接推进、河流截流后抽排以及河流埋管导流，施工单位可以根据实际情况来进行选择。在盾构掘进施工过程中，要做好参数的设定与控制，还要重视同步注浆与二次注浆的操作。