淺談盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿水庫(kù)施工措施

孫津津

（中國(guó)電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 100000）

1 概述

湯泉水庫(kù)位于南京市江寧區(qū)湯山街道湯山社區(qū)，屬秦淮河流域，位于本區(qū)間左側(cè)，間距20～300m。盾構(gòu)隧道側(cè)穿湯泉水庫(kù)，主要影響里程為K18+305～K18+410（約88 環(huán)，管片寬度1.2m），隧道頂板距離湯泉水庫(kù)河底約15m 左右。側(cè)穿區(qū)間與水庫(kù)最小水平距離約14.4m。YK18+200～YK18+636 段進(jìn)入閃長(zhǎng)玢巖侵入?yún)^(qū)，以強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖、破碎中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖為主，因風(fēng)化程度不同而軟硬不均，局部可見(jiàn)少量風(fēng)化泥巖。湯泉水庫(kù)大壩長(zhǎng)270米，頂寬6 米。迎水坡坡比為1:3， 46.0m 高程以上采用砼護(hù)坡，背水坡坡比為1:2.5，46.2m 高程處設(shè)一3m 寬臺(tái)，壩腳地面高程為42.0m，最大壩高10.6m。過(guò)水涵洞為砼、漿砌石混合結(jié)構(gòu)。針對(duì)以上工況，我公司通過(guò)前期地質(zhì)補(bǔ)勘、施工過(guò)程控制以及制定專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案等，結(jié)合多項(xiàng)措施，順利安全完成了盾構(gòu)側(cè)穿水庫(kù)施工。（圖1、2）

圖1 線路平面示意圖

2 主要控制措施

2.1 地質(zhì)補(bǔ)勘

原地勘報(bào)告顯示，區(qū)間側(cè)穿水庫(kù)范圍地質(zhì)條件為以強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖、破碎中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖為主，因風(fēng)化程度不同而軟硬不均，局部可見(jiàn)少量風(fēng)化泥巖。為了施工安全可靠，對(duì)原地勘報(bào)告進(jìn)行復(fù)核，在原地勘報(bào)告每30m 一個(gè)地勘點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行加密勘探，定為每5m 一個(gè)地勘點(diǎn)。通過(guò)地質(zhì)補(bǔ)勘與原地勘報(bào)告相互印證，補(bǔ)勘結(jié)果符合原地勘報(bào)告，為施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。

2.2 制定壩體專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案

為確保水庫(kù)安全運(yùn)行的前提下進(jìn)行盾構(gòu)施工，我公司委托南京水利科學(xué)研究院承擔(dān)盾構(gòu)隧道施工期間湯泉水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)工作，提供施工大壩安全性態(tài)的監(jiān)測(cè)成果和分析報(bào)告，旨在指導(dǎo)盾構(gòu)隧道施工，保障湯泉水庫(kù)大壩安全運(yùn)行，并可為類似項(xiàng)目論證和施工提供重要支撐。監(jiān)測(cè)主要為兩大方面：一是進(jìn)行了大壩壩體變形監(jiān)測(cè)，在盾構(gòu)側(cè)穿水庫(kù)期間，通過(guò)每日的監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)發(fā)現(xiàn)，未出現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層擾動(dòng)小，大壩壩體整體穩(wěn)定良好；二是進(jìn)行大壩壩基滲流監(jiān)測(cè)，通過(guò)水位觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，判斷破碎中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖基巖裂隙滲透水情況，根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)反饋，各觀測(cè)點(diǎn)水位變化穩(wěn)定，基巖裂隙滲水性弱，對(duì)施工影響小。

圖2 湯泉水庫(kù)與盾構(gòu)區(qū)間平面位置關(guān)系

2.3 技術(shù)參數(shù)控制

2.3.1 側(cè)穿水庫(kù)前試掘進(jìn)

在到達(dá)側(cè)穿水庫(kù)前地段設(shè)置200m 試驗(yàn)段，根據(jù)試驗(yàn)段出渣量、推力、土倉(cāng)壓力、刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、地表沉降觀測(cè)等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，收集、整理、分析、深化比選確定水庫(kù)穿越段施工參數(shù)。并結(jié)合隧道覆土變化、地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理，確保水庫(kù)安全可控的情況下，安全、快速通過(guò)水庫(kù)影響區(qū)域。

2.3.2 土倉(cāng)壓力控制

根據(jù)地質(zhì)條件，確定穿越水庫(kù)段采用半倉(cāng)氣壓、半倉(cāng)土壓的推進(jìn)模式進(jìn)行隧道掘進(jìn)，并且在掘進(jìn)過(guò)程中要連續(xù)、勻速施工，土倉(cāng)壓力值要大于靜止土壓力0.1-0.15bra，結(jié)合地表沉降觀測(cè)情況，決定是否需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)要做好相關(guān)渣土改良工作。土倉(cāng)壓力計(jì)算方式如下：

根據(jù)公式P=k*γ*h，

P——水土平衡壓力；

γ——土體容重（kN/m3）；

h——隧道中心埋深；

k——側(cè)向靜止土壓力系數(shù)；由土體靜止壓力系數(shù)表查表得，系數(shù)為1/6 即0.167。

見(jiàn)表1。

表1 中心土壓力計(jì)算依據(jù)

側(cè)穿水庫(kù)段中心理論土壓力即為：P=0.17×29.4×19≈0.95bar。掘進(jìn)中比理論稍高即1.1 bar～1.3bar。

土倉(cāng)壓力計(jì)算可參照以上方法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)地勘有關(guān)巖層參數(shù)、盾構(gòu)埋深深度、地下水穩(wěn)情況進(jìn)行實(shí)際參數(shù)的取值，同時(shí)要根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋，對(duì)盾構(gòu)機(jī)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.3.3 掘進(jìn)參數(shù)控制

根據(jù)試驗(yàn)段掘進(jìn)效果，制定出盾構(gòu)機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、刀盤扭矩等參數(shù)，具體為軟硬不均地層刀盤轉(zhuǎn)速在0.8～1.2r/min，保持30-40mm/min 左右的掘進(jìn)速度勻速平穩(wěn)通過(guò)。刀盤扭矩≯4500KN.m。

全斷面中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖以及中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.4r/min～2.0r/min。掘進(jìn)速度20～40mm/min。刀盤扭矩≯4000KN.m。（表2）

表2 掘進(jìn)參數(shù)表

2.3.4 出土量控制

嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)出土量，總體損失量控制在0.5%以內(nèi)。

盾構(gòu)掘進(jìn)理論出土量：

出土量V＝Π×(D/2)2×L＝Π×(6.47／2)2×1.2＝39.5m3/環(huán)

每環(huán)理論出土量乘上松散系數(shù)1.2～1.4 約為：（47.5～55）m3。

其中：D- 盾構(gòu)外徑（m）；L- 管片長(zhǎng)度（m）。

為保證側(cè)穿水庫(kù)施工安全，穿越過(guò)程中每環(huán)的出土量控制在46.5～54m3/環(huán)。為保證側(cè)穿水庫(kù)過(guò)程中，隧道掌子面土壓平衡控制，在施工過(guò)程中要根據(jù)土倉(cāng)內(nèi)土壓力的變化情況，以及地表沉降觀測(cè)情況，對(duì)參數(shù)及時(shí)調(diào)整，達(dá)到控制地面沉降的效果。

出渣量通過(guò)量測(cè)斗車體積以及龍門吊稱重的方式進(jìn)行體積確定，將實(shí)測(cè)的出圖體積與理論出土體積進(jìn)行對(duì)比，若是發(fā)現(xiàn)出渣量異常，及時(shí)向值班工程師進(jìn)行匯報(bào)，根據(jù)實(shí)際情況，采取地面注漿、二次補(bǔ)漿等措施確保安全。

2.3.5 姿態(tài)控制

2.3.5.1 在側(cè)穿水庫(kù)過(guò)程中，不可采用大幅度糾偏，可采取少量糾正或輕微糾正，同時(shí)控制盾體相鄰頂推千斤頂?shù)耐屏ο嗖畈荒芴?，防止盾體前進(jìn)路線出現(xiàn)不規(guī)則線型，對(duì)土體擾動(dòng)過(guò)大。

2.3.5.2 施工過(guò)程中，要注重對(duì)管片的監(jiān)控量測(cè)規(guī)則，用以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)上浮或者下沉的不良情況，要加強(qiáng)該區(qū)域的監(jiān)測(cè)頻率，通過(guò)加強(qiáng)同步注漿及二次注漿等措施進(jìn)行補(bǔ)救。

2.3.5.3 控制盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)推進(jìn)速度，最大力度確保能夠勻速前進(jìn)，同時(shí)控制盾體姿態(tài)，不宜變化過(guò)大。

2.3.5.4 盾構(gòu)掘進(jìn)中，確保采用穩(wěn)坡法、緩坡法等方式推進(jìn)，以減少盾構(gòu)施工對(duì)地表的影響。

2.3.6 土體改良措施

在側(cè)穿段，主要地質(zhì)條件為中風(fēng)化閃長(zhǎng)玢巖，局部夾雜泥巖，為防止刀盤結(jié)成泥餅降低推進(jìn)效率，采用泡沫改良方式進(jìn)行渣土改良，以保證盾構(gòu)推進(jìn)效率。

2.3.7 同步注漿

盾構(gòu)機(jī)同步注漿是控制區(qū)間地表沉降、防止管片出現(xiàn)上浮、下沉及錯(cuò)臺(tái)等的極為重要的方法。盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)外徑要比盾構(gòu)機(jī)本身盾體的外徑要略小，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)后，就會(huì)在盾體與隧道巖層之間出現(xiàn)一定的空隙，就需要及時(shí)補(bǔ)充同步注漿漿液來(lái)填充該縫隙，防止出現(xiàn)以上不良情況。

通過(guò)施工前的方案編制以及理論上的計(jì)算，可以得出本工程每環(huán)需要同步注漿的理論注漿量，同時(shí)結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，將注漿量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至120%-170%，同時(shí)控制注漿的主要參數(shù)，即注漿量、注漿壓力，通過(guò)雙控指標(biāo)來(lái)進(jìn)行注漿控制，以達(dá)到區(qū)間穩(wěn)定的目的。

2.3.8 二次注漿

由于土體之間存在收縮，同步注漿液存在滲透溢流，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后，盾體與巖層之間仍然存在一定的空隙，在此就需要再次進(jìn)行注漿來(lái)填充縫隙，即二次注漿。

2.3.8.1 二次注漿通過(guò)刮片上的吊裝孔進(jìn)行注漿，將注漿頭插進(jìn)注漿孔，通過(guò)注漿機(jī)進(jìn)行注漿，漿液采用水泥水玻璃漿液，該漿液能夠快速凝結(jié)，及時(shí)填充管片與巖層之間的空隙。

2.3.8.2 根據(jù)本工程設(shè)計(jì)圖紙要求，漿液的配合比有明確要求，水灰比為1:1，同時(shí)水泥漿與水玻璃溶液的體積比為1:1，該配比調(diào)制的漿液凝結(jié)時(shí)間為20～30 秒左右。

2.3.8.3 二次注漿要特別注意不能離盾體尾部太近，可能會(huì)因?yàn)闈{液的凝結(jié)導(dǎo)致盾體尾部部分凝固被卡頓，影響盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，往往選擇在盾構(gòu)后方10 環(huán)左右進(jìn)行二次補(bǔ)漿。同時(shí)，結(jié)合地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)乇沓两禂?shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，也需要對(duì)異常位置的管片進(jìn)行二次注漿。二次注漿的控制標(biāo)準(zhǔn)與同步注漿一致，通過(guò)注漿量與注漿壓力雙控指標(biāo)進(jìn)行控制。

2.3.8.4 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，二次補(bǔ)漿壓力和注漿量不要過(guò)大，根據(jù)上部地層覆土厚度注漿壓力控制在2.8～4.0bar，根據(jù)地表監(jiān)測(cè)值以滿足沉降的要求。

2.3.9 保證盾尾密封應(yīng)對(duì)措施

側(cè)穿水庫(kù)段采用康耐特油脂，替換原有油脂，確保盾尾在穿越過(guò)程中安全有效。在側(cè)穿水庫(kù)期間，根據(jù)專家評(píng)審意見(jiàn)并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)5 環(huán)，對(duì)盾構(gòu)油脂進(jìn)行一次全面檢查。同時(shí)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制盾尾油脂的注入，尤其是注入壓力，要不小于4.5bra，并根據(jù)實(shí)際情況，采用手動(dòng)模式的方式進(jìn)行油脂的補(bǔ)強(qiáng)注入。尤其是同步注漿冒漿的部位，要極為重視油脂的注入。保證盾構(gòu)姿態(tài)平穩(wěn)，勤糾、緩糾，盾尾間隙不均導(dǎo)致盾尾滲漏。加強(qiáng)管片選型，管片拼裝前一定要測(cè)量實(shí)際的盾體尾部與管片的間隙，經(jīng)過(guò)值班技術(shù)人員的同意才可以進(jìn)行拼裝。

3 結(jié)論

本工程盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿水庫(kù)，所處地層裂隙發(fā)育，易形成水系通道造成管涌，同時(shí)湯泉水庫(kù)緊鄰圣湯大道，車流量大，穿越過(guò)程中又恰逢梅雨季節(jié)和中、高考時(shí)期，導(dǎo)致渣土外運(yùn)困難，停工時(shí)間較多，建筑物塌陷和決堤、垮壩等安全風(fēng)險(xiǎn)較大。通過(guò)前期工作準(zhǔn)備充分，技術(shù)措施制定得當(dāng)，施工過(guò)程管理有序，從2020 年6 月7 日至7 月19 日，歷經(jīng)42 天的晝夜奮戰(zhàn)，成功克服了以上各項(xiàng)困難，左右雙線順利穿越水庫(kù)，為以后類似工程施工提供了有力的參考。