盾构隧道穿越河流施工技术

王晨丽

（中铁十八局集团有限公司五公司　 天津　300450）

盾构隧道穿越河流施工技术

王晨丽

（中铁十八局集团有限公司五公司 天津300450）

随着盾构法施工技术在我国城市地铁的发展，盾构法越来越多地应用到各种复杂地层中。文章以天津地铁6号线人民医院站～长虹公园站盾构区间为工程实例，介绍盾构隧道下穿河流的施工技术，对施工过程中的难点进行分析，提出了解决方法，同时对以后类似工程有一定的借鉴作用。

地铁 盾构 穿越河流 技术

1　工程概述

1.1工程概况

天津地铁6号线人民医院站～长虹公园站区间（以下称人～长区间）左线设计里程为：左DK18+380.000～左DK19+114.126（含长链0.003 m，短链0.384 m），左线隧道全长733.745 m（489环）；右线设计里程为：右DK18+380.000～右DK19+114.126，右线隧道全长734.126 m（490环）；区间左右线隧道总长1 467.871 m；区间最小曲线半径2 000 m，区间线间距11～15.6 m，区间隧道为单面坡，最大纵坡-11.909 ‰，隧道覆土11.6～20 m。人～长区间施工中，采用了中铁重工生产的Φ6410 mm土压平衡盾构机（DZ059）。

1.2隧道穿越津河及芥园桥概述

芥园桥横跨津河，区间隧道在DK18+592～DK18+573（348～361环）下穿津河以及芥园桥，隧道与津河斜交成83°，河道宽19 m，河道深2～3 m，隧道顶部距离河底垂直距离10.5 m，风险等级为Ⅲ级。

芥园桥部分旧桥桩位于区间隧道开挖范围之内，现除了5号旧桥桩（素砼桩）未找到，其余旧桥桩已拔除（直径0.8 m），并用水泥土回填，在隧道两侧新建桥桩，直径1.5 m，桩长57 m，隧道与桥桩最小水平净距为2.15 m，下穿段覆土10.5×13 m。风险等级为Ⅲ级。

2　地质条件

人～长区间穿越津河及芥园桥段隧道所处地层主要为⑥4层粉质粘土、⑦层粉质粘土、⑧1层粉质粘土，无承压含水层。穿越河流隧道处在此地层，容易引起盾构机螺旋机喷涌和盾尾漏水漏砂。

3　施工技术

3.1 盾构参数

3.1.1土压力

土压力的设定考虑水压力，根据地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力得到：

刀盘顶部正面土压力：σmin=kγh+Po

式中，k为土的静止侧压力系数，粉质粘土取0.53，土重度18 kN/m3，Po为水压力，水重度10 kN/m3，h取3 m（津河深度），隧道顶距离河底垂直距离10.5 m，隧道直径6.2 m。

刀盘底部正面土压力：σmax=kγh+Po

土压力计算值在0.13～0.19 MPa之间，控制值为0.15～0.21 MPa之间。

3.1.2出土量

为保证施工过程中，出土量控制在理论值的95%～98%（46.36～47.82 m³），严格控制每环出土量，确保不出现超挖现象。

3.1.3掘进速度

在穿越津河的掘进过程中，由于需要穿越水泥土回填桩，因此盾构应减小推进速度，以2～4 cm/min为宜，慢推细磨过水泥土回填桩。盾构推进过程速度保持稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越，减少盾构推进对前方土体造成的扰动，减少对护堤墙的影响。

根据理论计算及以往类似工程总结，盾构穿河流的掘进参数见表1。

表1　盾构穿越河流施工参数表

3.2同步注浆

盾构在穿越施工时壁后注浆填充率控制在130%～250%，按照该注入率每环注浆量为4.6 m3到8.9 m3，浆液稠度控制在9～11 cm，注浆压力0.3～0.4 MPa，该浆液通过实验确定浆液配比，在确保压浆质量的前提下，方能进行下一环的推进施工。

水泥砂浆材料要求及配合比如表2所示。

表2　水泥砂浆材料表

3.3二次注浆

当同步注浆效果不佳而出现沉降过大、管片漏水时，及时进行二次注浆，通过二次注浆泵将水泥浆和水玻璃通过管片吊装孔注入管片与周围土体之间。

隧道盾构施工，在保证二次注浆对盾构推进没有影响的前提下，在盾构连接桥处安装一台双液注浆机随时对隧道采用可硬性浆液进行二次注浆补强。具体实施过程为在盾尾5～8环以后从隧道上部注浆孔进行二次注浆。二次注浆选用收缩率小于5 %的浆液配比，具体如双液浆配比参数表3所示。

表3　双液浆配比参数表

如注浆孔需多次打开重复注浆，双液注浆结束后，在孔口区域注入适量的封闭浆，以保证再次注浆时注浆孔能顺利被打开。

二次注浆技术参数如下：注浆压力≤0.50 MPa，双液浆初凝时间为50 s。

3.4盾构姿态

此段隧道主要穿越粉质粘土层。在盾构机进入影响区之前，尽量将盾构机的姿态调整至最佳，严禁超量纠偏，蛇行摆动。盾构机前后端和设计轴线偏差控制在40 mm以内，避免盾构机频繁或大幅度调整姿态。同时加强盾构机姿态的人工复核，确保盾构机推进轴线和设计轴线的偏差在设计允许范围内。在河流下纠偏坡度控制在±1‰之内，平面偏差30 mm内，一次纠偏量不超过4 mm。

3.5盾尾防漏

在盾构穿越河流前对盾尾密封装置进行检修，使用性能稳定质量可靠的盾尾油脂，穿越期间加大盾尾油脂的注入力度，确保盾构推进过程中盾尾不涌水或流砂。

3.6土体改良

由于此段隧道穿越水泥土回填桩，在盾构的刀盘正面压注泡沫，从而降低刀盘扭矩保证盾构穿越时有均衡的推进速度。加泡沫时严格控制注入量和压力，避免土体在过多的泡沫量和较高的压力下形成定向贯通的介质裂缝，造成渗水通道，严重影响到隧道的安全状况。

3.7减少超挖

减少盾构的超挖，以改善盾构前方土体的坍落现象。盾构掘进速度，应与地表控制的隆陷值、进出土量、正面土压平衡调整值及同步注浆等相协调，如停歇时间较长时，必须及时封闭正面土体。如出现超挖现象，采用加大注浆量，保证注浆压力来对地层损失进行补充。

3.8加强监测、信息化施工

制定专项的监控量测方案，做到信息化施工。根据风险评估结果制定相应的控制标准，设定相应的预警值、报警值、警戒值。对盾构管片、地面均应加强施工监测，严格控制地面沉降量和管片结构的内力。当变形速率或变形量超过警戒值时，及时与监理、设计、业主沟通，及时采取措施。穿越施工段，每天进行人工复测，与自动导向测量系统共同指导盾构掘进方向，确保推进轴线。

4　穿越河流主要技术难点及原因分析

4.1涌水涌砂

在盾构法隧道穿越工程中，盾尾密封是保证盾构掘进隧道与掘进面完全隔离的关键性控制部位，一旦密封损坏，将会造成盾尾涌水涌砂，给掘进施工造成困难，甚至直接影响到人员、设备的安全。另外管片拼装不居中，盾尾油脂注入量小，同步注浆压力过大也容易出现涌水涌砂现象。如果出现涌水涌砂应减小同步注浆压力，打入优质盾尾油脂，并调整配比缩短浆液凝固时间，尽早降低盾尾处注浆压力。

4.2管片错台

管片错台是盾构施工中常见的问题之一。产生错台的原因有如下：拼装作业不规范；注浆控制不当；盾构机姿态纠偏过大等。通过加强控制盾构机姿态，规范拼装作业使管片错台得到了明显改善。

4.3管片漏水

产生管片漏水原因：管片自身质量缺陷；管片防水粘贴不规范；壁后注浆不饱满；管片选型不当等。通过加强管片进场验收，规范防水粘贴作业，严格要求壁后注浆量等措施防止管片漏水发生。

5　结语

尽管盾构隧道在施工过程中不可避免遇到诸多难题，实践证明只要科学合理地运用盾构法，很多问题都将迎刃而解。通过人～长区间盾构隧道穿越河流的工程实践得出如下结论：

（1）盾构穿越河流时，设定合力土压力、同步注浆压力，填充足量浆液，确保防水质量，可以有效控制河床沉降。

（2）盾构施工时，根据地层的变化，合理调整掘进参数，加强测量工作使盾构轴线偏差控制在允许范围内。

（3）高质量拼装管片，使管片中心、盾尾中心一致，及时添加盾尾油脂，能够有效的防止盾尾漏砂、漏水现象。

［1］张泽中.盾构施工管片错台的成因分析以及防止措施［J］.深圳土木与建筑，2007（1）

［2］沈永东.临江过江隧洞盾构掘进的问题与对策［J］.现代隧道技术，1998（3）

［3］杜志田，李 颖盾构法施工在天津地铁中的应用［J］.铁道标准设计，2006（6）

Construction Technology of Shield Tunnel Crossing Rivers

WANG Chen-li
（No. 5 Corporation of CR11BG Tianjin 300450 China）

With the development of shield construction technology in subway construction in our country， it is applied in all types of complicated stratum. This paper， taking as an example the section of People's Hospital-Changhong Park from Subway Line 6 of Tianjin Subway， introduces the construction technology of shield tunnel crossing rivers， analyzes the difficult part during the construction work， and provides relevant solutions. Hopefully it can do some help to the constructions alike in the future.

subway shield crossing rivers technology

文献标识码：A 文章编号：1673-1816（2016）03-0027-04

2016-06-18

王晨丽，女，工程师，研究方向土木工程。