淺埋盾構(gòu)下穿河流施工控制技術(shù)

翟涇栓

摘 要：本文以沈陽(yáng)市運(yùn)河水系綜合治理工程為依托，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)淺埋土壓平衡盾構(gòu)穿越淤泥質(zhì)河道施工控制技術(shù)進(jìn)行了研究，施工期間采取河道內(nèi)設(shè)置抗浮板，優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，合理控制盾構(gòu)姿態(tài)，加強(qiáng)水位監(jiān)測(cè)等有效手段，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，以上措施對(duì)河床擾動(dòng)較小，施工效果顯著，可為類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；淺埋；下穿河流；施工控制

引言

城市地下輸水隧道作為一種安全、快捷高效環(huán)保的輸水形式，迅速成為解決城市地面建設(shè)問(wèn)題的首要選擇。在城市地下隧道修建工程中，針對(duì)盾構(gòu)下穿江河施工的案例并不缺乏，但多采用泥水盾構(gòu)進(jìn)行施工，土壓平衡盾構(gòu)由于自身特點(diǎn)，在下穿河道的應(yīng)用案例較少。我國(guó)雖然在土壓平衡盾構(gòu)下穿河道的研究及施工經(jīng)驗(yàn)有了一定積累[1-3]，但針對(duì)土壓平衡盾構(gòu)快速通過(guò)超淺埋且存在斷層破碎帶河道的施工案例尚未有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。

本文以沈陽(yáng)市運(yùn)河水系綜合治理工程（新開(kāi)河?xùn)|段）截污工程四標(biāo)段區(qū)間施工為依托，對(duì)土壓平衡盾構(gòu)穿越超淺埋且存在淤泥地帶的河道的施工控制技術(shù)進(jìn)行了研究及應(yīng)用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該系類(lèi)施工技術(shù)取得了良好的效果，研究成果可供類(lèi)似工程參考應(yīng)用。

工程概況

本工程為沈陽(yáng)市運(yùn)河水系綜合治理工程（新開(kāi)河?xùn)|段）截污工程四標(biāo)段。管道主線起點(diǎn)位于崇山東路北塔橋西北側(cè)河岸綠化帶內(nèi)，主要沿新開(kāi)河向東南方向敷設(shè)，沿途下穿崇山東路、北塔公園、京哈高速鐵路地面線及沈陽(yáng)大學(xué)等區(qū)域，終點(diǎn)位于聯(lián)合路吉祥橋西北側(cè)河岸綠化帶內(nèi)。起止里程為YK8+001.42～YK10+560.88，全長(zhǎng)約2.559公里。沿線聯(lián)合路、北三、新北、寧山路、崇山東路等現(xiàn)狀排水泵站以支線形式接入主線。管道覆土厚度主要為5～9米，主線結(jié)構(gòu)主要采用明挖法、盾構(gòu)法、暗挖法施工。

本標(biāo)段盾構(gòu)段起止里程為YK8+403.87～YK9+888.72，長(zhǎng)約度1484.85。其中下穿新開(kāi)河段長(zhǎng)度約150m，新開(kāi)河為沈陽(yáng)城北的一條人工河，水深約2～3m，河面寬度約30m。河底盾構(gòu)段覆土約3m，區(qū)間掘進(jìn)斷面主要地質(zhì)為中粗砂、淤泥質(zhì)粘土，該地下水主要以大氣降水、河流地下滲入為補(bǔ)給來(lái)源，地下水豐富，考慮沈陽(yáng)地區(qū)枯水與豐水期水位變幅影響，本工點(diǎn)抗浮水位標(biāo)高按地表下3m考慮，盾構(gòu)下穿新開(kāi)河段平面圖如圖1所示。

施工控制措施

3.1抗浮輔助措施

擬建管道埋深局部位于地下水位以下，施工及使用期間應(yīng)考慮地下水對(duì)構(gòu)筑物的浮力作用，計(jì)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)自重及上方覆土無(wú)法滿足抗浮要求，經(jīng)研究后設(shè)置抗浮板及抗拔樁輔助措施，可滿足盾構(gòu)施工過(guò)程壓重及運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)抗浮要求。抗浮板及抗拔樁斷面示意圖如圖2所示。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至河道前對(duì)管道上方增加抗浮板，具體施工步驟如下：

（1）分兩期對(duì)河道進(jìn)行土石壩圍堰，清除管道上方至抗浮板之間雜填土，并施工鉆孔灌注樁。

（2）在管道上方回填C15素混凝土至抗浮梁底標(biāo)高處。

（3）施工抗浮梁及抗浮板。

（4）抗浮板施工完成后，在其上方回填500厚黏土層，防止?jié)B水。

（5）拆除土石壩圍堰，恢復(fù)河道。

3.2盾構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

盾構(gòu)施工是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的工程，本工程盾構(gòu)施工期間針對(duì)土倉(cāng)壓力、渣土改良、掘進(jìn)速度、同步注漿質(zhì)量及數(shù)量等方面進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化，為盾構(gòu)安全、勻速穿越河流提供了技術(shù)保障，具體盾構(gòu)參數(shù)如下：

掘進(jìn)速度：40-50m/min；土壓控制：0.06-0.09 MPa；加泥數(shù)量：3-5m?；加泥壓力：0.15-0.2 MPa；

同步注漿壓力：0.25MPa；同步注漿量：1.9-2.2m?；

二次注漿量350-600L；二次注漿壓力：0.4～0.45MPa；加泡沫量：0.5-0.75m?；泡沫注入壓力：0.28～0.37 MPa。

3.3控制盾構(gòu)姿態(tài)及推進(jìn)速度

盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)格的線形控制和姿態(tài)控制，姿態(tài)調(diào)整不宜過(guò)大、過(guò)頻，減少糾偏，特別是較大的糾偏，每環(huán)的姿態(tài)調(diào)整控制在±5mm范圍內(nèi)，以避免對(duì)土體的超挖和擾動(dòng)。

盾構(gòu)下穿時(shí)合理控制掘進(jìn)速度，速度控制在50mm/min，避免出現(xiàn)速度較大波動(dòng)，保證在下穿時(shí)勻速通過(guò)，將對(duì)地層的擾動(dòng)降到最小。

穿越河流過(guò)程中，如出現(xiàn)隧道涌水現(xiàn)象，立即停機(jī)，關(guān)閉閥門(mén)，檢查抗浮板措施及土石壩圍堰，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，調(diào)整完畢后恢復(fù)掘進(jìn)。

同時(shí)，施工前應(yīng)制定施工應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，如遇結(jié)構(gòu)上浮、滲漏水及變形等情況，應(yīng)立即組織有關(guān)技術(shù)人員查找原因并商討采取有針對(duì)性的處理措施，如注漿加固或壓重等，以便消除隱患保證施工安全。同時(shí)應(yīng)對(duì)施工方案、施工進(jìn)度、保護(hù)措施、工藝方法等作檢查和完善。如情況進(jìn)一步惡化，應(yīng)立即停止施工，撤離施工人員。組織專(zhuān)家分析原因并制定合理的應(yīng)對(duì)措施。

3.4防止非正常停機(jī)

盾構(gòu)機(jī)在穿越河道前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能進(jìn)行檢查，確保盾構(gòu)穿越河道過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，避免非正常停機(jī)。穿越風(fēng)險(xiǎn)區(qū)前，對(duì)穿越地段地下做詳盡的地質(zhì)勘探，徹底摸清地下障礙物情況，排除意外因素。進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)區(qū)前對(duì)盾構(gòu)機(jī)及配套設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真全面的檢查，保證盾尾刷的防水密封效果，防止掌子面和土倉(cāng)內(nèi)水土及注漿漿液通過(guò)盾尾刷進(jìn)入盾體內(nèi)流失，盡快調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)的施工狀態(tài)，以最好的狀態(tài)通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中保壓推進(jìn)，注入聚合物進(jìn)行渣土改良，防止噴涌。按要求施做止水環(huán)，同時(shí)補(bǔ)注二次漿液。

3.5水位監(jiān)測(cè)分析

下穿河流應(yīng)盡可能選擇枯水期進(jìn)行施工，同時(shí)輔以必要的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，其中尤以水位監(jiān)測(cè)最為重要，施工期間水位監(jiān)測(cè)曲線如圖4所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果與施工情況及推進(jìn)參數(shù)分析后表明：

（1）施工期間水位基本穩(wěn)定，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及推進(jìn)速度合理。

（2）在盾構(gòu)隧道施工條件下，影響地層沉降的最主要因素為土倉(cāng)壓力。因此，在盾構(gòu)掘進(jìn)中，保持土倉(cāng)壓力與掌子面壓力平衡是減小地表沉降、保證水位安全的一個(gè)重要因素。

（3）同步注漿量也是影響變形穩(wěn)定后地表沉降的主要因素。本文依托工程盾構(gòu)穿越地層特點(diǎn)，說(shuō)明在中粗砂地層條件下，適當(dāng)增加注漿量，可有效減少后期沉降。

（4）地表沉降對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)扭矩和同步注漿壓力的敏感性，相對(duì)土倉(cāng)壓力和同步注漿量較小。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)隧道穿越超淺埋淤泥質(zhì)土層河道的施工難題，分別從施工前的河床加固、抗浮壓重、合理設(shè)置盾構(gòu)施工參數(shù)、控制推進(jìn)姿態(tài)及配合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方面著手，有效控制了地層損失，以達(dá)到盡量減小地表沉降的目的。目前盾構(gòu)施工較重要的施工參數(shù)包括土倉(cāng)壓力、掘進(jìn)速度、盾構(gòu)總推力、刀盤(pán)扭矩、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、同步注漿壓力、同步注漿量、二次補(bǔ)漿參數(shù)、盾構(gòu)姿態(tài)偏移量等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，本工程采取的措施對(duì)河底和地表的擾動(dòng)較小，施工效果顯著，具有一定的工程推廣及參考價(jià)值。

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（作者單位：中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司）