盾構(gòu)技術(shù)在軟土地層穿越河流施工中的應(yīng)用

劉 昶

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 工程簡介

該區(qū)間為無錫軌道交通某線，該區(qū)間盾構(gòu)下穿興澄河，現(xiàn)狀河底高程為0.3～0.5 m，河底寬度為16 m。規(guī)劃河底高程0.0 m，河底寬度16 m。隧道頂部距離河底最小凈距約8.8 m。河道駁岸采用自然護(hù)坡。穿越河流時的土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土。

2 盾構(gòu)在軟土地層中穿越河流掘進(jìn)控制技術(shù)

2.1 推進(jìn)土壓和出土量的控制技術(shù)

很多隧道在穿過河流范圍內(nèi)的土質(zhì)主要是粉質(zhì)粘土，在特殊土質(zhì)情況下施工時，對土壓和出土量進(jìn)行有效控制是十分必要的。在盾構(gòu)到達(dá)河床位置之前，首先要對照隧道的排環(huán)表，結(jié)合管片的超前量來對水土壓力進(jìn)行有效計算。為了確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以參照地質(zhì)勘查報告和實測水深。在對當(dāng)前環(huán)土壓進(jìn)行計算的時候，要關(guān)注盾構(gòu)機(jī)的長度。在施工過程中，還要關(guān)注刀盤和盾尾到達(dá)和離開河床時所對應(yīng)的管片環(huán)號，并對土倉的壓力進(jìn)行適時調(diào)整。

2.2 螺旋機(jī)的控制技術(shù)

與其他地段相比，盾構(gòu)在軟土地層穿越河流的地段操作并使用螺旋機(jī)時，更容易發(fā)生噴水的現(xiàn)象[1]。因此，盾構(gòu)在軟土地層穿越河流掘進(jìn)控制過程中，要盡量降低螺旋機(jī)的開口率，確保螺旋機(jī)可以滿足實際出土的要求。與此同時，為了降低螺旋機(jī)噴水對施工造成不良影響，施工人員需要提前準(zhǔn)備排污泵、鐵鍬和小土斗等作為輔助。一旦螺旋機(jī)發(fā)生涌水，瞬間噴涌而出的泥漿和泥沙可以得到有效處理，不會對盾構(gòu)推進(jìn)的進(jìn)程產(chǎn)生明顯影響。

2.3 管片拼裝控制技術(shù)

根據(jù)工程設(shè)計要求，很多盾構(gòu)在軟土地層穿越河流掘進(jìn)控制工程時，所采用的管片都運用錯縫拼裝技術(shù)。在拼裝的過程中，需要從隧道底部出發(fā)，先安裝標(biāo)準(zhǔn)塊，再分別安裝相鄰塊和封頂塊。在封頂塊安裝的時候，需要在徑向位置搭接三分之二管片寬度，合理調(diào)整位置后，沿縱向推進(jìn)頂塊。完成管片安裝之后，使用推進(jìn)油缸頂進(jìn)管片，完成螺栓的安裝并將其擰緊，最后將管片安裝機(jī)移出。在安裝過程中，還可以在K塊的兩側(cè)使用黃油進(jìn)行潤滑，避免出現(xiàn)K塊外弧面破碎的問題，同時減少對止水條的擠壓和摩擦。除此之外，在管片拼裝過程中，還要確保管片的完整性，避免出現(xiàn)裂縫和破損。

3 盾構(gòu)在軟土地層中穿越河流的處理技術(shù)

3.1 施工參數(shù)設(shè)定與控制

盾構(gòu)在軟土地層中穿越河流施工過程中，設(shè)定盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)是一個重要的環(huán)節(jié)，不僅可以確保施工效果，而且還可以最大化地降低對河床的干擾。施工人員可以將盾構(gòu)穿河之前60～80 m左右的路段作為試驗路段，做好初始值的觀測和記錄，然后進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)。在這個過程中，人員和設(shè)備要保持協(xié)調(diào)一致，使盾構(gòu)施工能夠持續(xù)進(jìn)行。同時，要根據(jù)具體的試驗參數(shù)設(shè)定各項施工參數(shù)，重點對盾構(gòu)穿越河流的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定[2]。并根據(jù)實際地面沉降數(shù)值來對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保河流堤岸、河床底部等位置的沉降值在要求范圍以內(nèi)。另外，還要結(jié)合軟土地層的具體地質(zhì)條件，確保施工參數(shù)的穩(wěn)定，確保盾構(gòu)掘進(jìn)能勻速進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)小偏差要在第一時間進(jìn)行修正。通常來說，盾構(gòu)在穿越河流時所產(chǎn)生的糾偏坡度要控制在1‰左右。為了達(dá)到這一目標(biāo)，需要對地面位置、隧道位置以及河床位置進(jìn)行有效的監(jiān)測，為盾構(gòu)的通過創(chuàng)造條件。

3.2 同步注漿與二次注漿

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，注漿是一項重要的操作環(huán)節(jié)。實踐證明，在盾尾脫除之后，管片外徑與周圍的土體會形成一定的空隙，這是出現(xiàn)地面沉降的一個最重要原因。為了解決這一問題，就要運用同步注漿與二次注漿的技術(shù)手段，對注漿的數(shù)量、壓力、點位等進(jìn)行有效控制，做好相關(guān)參數(shù)的記錄。此外，在注漿過程中，還要確保盾尾的位置處于密封狀態(tài)，如果出現(xiàn)盾尾漏漿問題，需要在第一時間進(jìn)行處理。

1）同步注漿。同步注漿不僅可以幫助盾構(gòu)機(jī)保持良好的姿態(tài)，同時還可以將管片進(jìn)行固定，減少滲漏水以及地面沉降等問題發(fā)生的可能性。在施工過程中，要保持盾構(gòu)掘進(jìn)與注漿這兩個操作環(huán)節(jié)同步進(jìn)行，對注漿的數(shù)量和壓力進(jìn)行同時控制，確保盾構(gòu)與周圍土體的間隙被填滿。由于穿越河流范圍內(nèi)軟土地層的條件不同，要結(jié)合實際情況對注漿填充率進(jìn)行控制，通常，要將其控制在150%～200%之間。如果在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中出現(xiàn)地面沉降過大的情況，要停止掘進(jìn)，將土倉內(nèi)的土壓進(jìn)行提高，同時在盾尾的位置進(jìn)行補(bǔ)注漿，并對地面沉降的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，確保其滿足要求之后才能進(jìn)行后續(xù)的掘進(jìn)施工。在確定注漿壓力的時候，要結(jié)合河床覆土的厚度和軟土地層的地質(zhì)情況，可以適當(dāng)?shù)貙⒆{壓力進(jìn)行增大。如果注漿壓力過小的話，可能會導(dǎo)致土壓不平衡，在軟土地層還可能會出現(xiàn)地層變形和劈裂的問題。但注漿壓力與軟土地層壓力之間的差值通常要保持在50 kPa之內(nèi)，最大值不能超過0.3 MPa。

2）二次注漿。在管片脫出盾尾位置8環(huán)左右的時候，施工人員要在襯砌背面位置進(jìn)行二次注漿，以此來彌補(bǔ)同步注漿產(chǎn)生的缺陷，降低隧道在施工過程以及施工之后發(fā)生滲漏和沉降問題的概率。二次注漿所使用的液漿可以選擇水泥與水玻璃相混合的雙液漿，其中水玻璃的濃度為35°Bé，水灰質(zhì)量比為（0.7～0.8）∶1，水泥漿與水玻璃的體積之比則為1∶1[3]。在施工過程中，除了對配合比進(jìn)行優(yōu)化之外，還可以向其中加入高效的減水劑，這樣可以使?jié){液的流動性得到改善。在管片脫出盾尾之后，施工人員要結(jié)合具體的掘進(jìn)參數(shù)，綜合軟土地層的特點，確定好二次注漿的最佳時機(jī)，必要情況下還可以多次進(jìn)行二次注漿的操作。除此之外，在穿越河流掘進(jìn)完成之后的20 d以內(nèi)，還要對地面累積的沉降量以及每日的單日沉降量進(jìn)行監(jiān)測與控制。如果發(fā)現(xiàn)沉降值超過預(yù)期值的話，需要安裝注漿泵，在相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行跟蹤式補(bǔ)漿。

4 結(jié)語

盾構(gòu)在軟土地層中穿越河流時，經(jīng)常會出現(xiàn)地面沉降的問題。在這個過程中，要做好相應(yīng)的組織，采用先進(jìn)的技術(shù)，并做好實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題之后在第一時間進(jìn)行處置，只有這樣才能確保盾構(gòu)安全地穿越軟土地層的河流。當(dāng)前所使用的處理方案包括盾構(gòu)直接推進(jìn)、河流截流后抽排以及河流埋管導(dǎo)流，施工單位可以根據(jù)實際情況來進(jìn)行選擇。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，要做好參數(shù)的設(shè)定與控制，還要重視同步注漿與二次注漿的操作。