成都地铁火科区间盾构到达施工技术研究

张军福

摘要：成都地铁7号线盾构在到达科华南路站前需穿越直径为2200mm的污水管。文章从其施工方案对比选择、污水管加固、盾构掘进等方面进行研究，最后得出的研究结论是通过托梁加固污水管、地层注浆加固、分段严密控制掘进参数，盾构安全、环保到达科华南路站，这项施工技术措施有效且应得到推广应用。

关键词：成都地铁；火科区间；盾构到达；污水管加固；盾构掘进 文献标识码：A

中图分类号：U482 文章编号：1009-2374（2016）01-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.050

1 工程概况

成都地铁7号线盾构左线在ZDK19+885.486、右线在YDK19+890.134分别到达科华南路站；掘进该段采用CTECφ6250土压平衡盾构机。该段隧道地层为<3-8-3>密实卵石层，土体自稳性较好，但接收位置隧道底一层<3-4-2>粉细砂层；设计线路纵坡为2‰，平面处于直线段。科华南路站结构设计为盾构过站设计，即不提供盾构吊出条件，车站只预留为一个满足施工材料吊进吊出的空洞（5m×7.5m）。盾构在到达车站的前端右线里程YDK19+894.638～YDK19+888.634及左线ZDK19+891.490～ZDK19+885.486范围内下穿DN2.2m污水管，污水管成南北走向，与盾构隧道相交。污水管为2m一节承插式混凝土预制管，采用顶管施工成型，埋深约6m，管底距离隧道顶部净距右2.543m、左2.823m。该DN2.2m污水管是成都市的主排污水管道，且排水末端——污水处理厂距离此处约1km。通过对处于隧道上方的污水检查井内水位进行观测，发现高峰期时间段为11∶00～次日02∶00，水深为3～5m；低峰期时间段为02∶00～11∶00，水深为1.8～2.8m。另外，在该车站底部开挖土方过程中，在端头部位发生涌水涌砂。具体位置关系如图1所示：

图1 盾构下穿污水管位置关系图

其他方面：科华南路站西端头周边建筑物主要为和平小区四期（10号楼），房屋基础为预制桩基，结构型式为6层砖混结构，隧道距小区基础净距8m；目前该段市政道路为断头路，无车辆通行；盾构穿越范围内无其他管线。

2 研究的重难点

由于DN2.2m污水管为科华南路站施工而新迁改至该站西端头的新管道，成都市65%污水经此管流入新建污水处理厂，每小时流量约30000m3。该管道采用顶管法施工而成，每节长度为2m，接口采用滑动式橡胶圈密封止水，管底埋深约8.6m；在右线中心线上方为一检查井，检查井底距离隧顶净距为1.66m；污水管距离科华南路站西端头约7～10m。盾构区间左、右线均下穿DN2.2m污水管。隧道洞身位于密实砂卵石中，隧底以下为中密粉细砂层，同时由于管线管径大、常年满水且带有一定水压，距隧道洞顶较近，加之处于盾构到达端，掘进速度过慢或停止掘进而反复扰动土层容易引起掌子面和隧道上方土体失稳，导致地表沉降、开裂，引起污水管结构受损、渗漏水，甚至造成污水管破裂，酿成灾害，社会不良影响大。和平小区四期10号楼距离隧道边10m，且在科华南路站施工期间进行了加固处理，变形监测数据正常，本次盾构通过时对其的影响基本为零。其他如交通问题等方面更加不构成影响。

综合对比分析，盾构到达及穿越DN2.2m污水管安全风险极高，采取什么方案和技术措施保证盾构安全穿越并到达是本项研究的重点与难点。

3 方案比选

表1 方案对比表

由于盾构下穿DN2.2m污水管工程的复杂性、危险性、艰巨性，经过专家咨询，拟定采取抽排加固法、钢套筒接收法、水中接收法、托梁加固法这四种方法。究竟采取哪种施工方法，需要对各类施工方法的优缺点进行对比分析，择优选择。

根据实施条件，综合考虑环保和安全，本着地铁建设是为民造福理念，对以上方案进行对比，选择托梁加固法，达到环保、安全掘进。

4 施工方案

施工方案总体必须综合考虑该盾构到达接收端范围内污水管段区间隧道埋深、地质情况以及与管线的空间关系，制定盾构通过该段时施工的指导思想为“安全、连续、快速均衡通过管线”，并确立“建合理土压、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的施工原则。

4.1 地层预注浆加固

由于污水管顶管施工过程中易对原地层产生扰动，同时接收端头隧道底部存在中密粉细砂层，盾构容易出现磕头现象，故必须对管道两边及接收端头盾构隧道影响范围内采取地面预注浆加固及跟踪注浆加固措施。提前15天采用单液水泥浆，Φ50mm袖阀管注浆加固，注浆完毕后清洗部分袖阀管预留做二次跟踪注浆用。

4.2 污水管托梁保护

对污水管两侧采用钢筋混凝土纵梁包裹，包裹的范围为管线中心线下45°以上范围。污水管管节采用钢丝绳Φ28mm按2m/道围箍，外包纵梁采用截面尺寸为6.6m×4.4m×2.5m（长×宽×高）的钢筋混凝土梁，且纵梁需伸入检查井内，形成从管道到检查井的一个整体，纵梁通过横梁支撑在直径1.2m的支撑桩上。托梁成型后形成对污水管的整体加固，提高了管道整体刚度和抵御变形能力。如图2所示，将污水管范围的土体挖除，然后施做污水管托梁。

图2 污水管托梁施工图

4.3 洞门加固

由于右线污水管中心距离洞门长度为10m，为保证盾构下穿DN2.2m污水管时减少对管道的扰动，接收端头施作21根管棚，加固范围为洞门上方120°，管棚为Φ127×6×20000mm的无缝钢管，外插角为2°，中心间距为35cm；管内注入水泥单液浆，注浆压力控制在0.2～0.4MPa，以达到较理想的扩散半径，确保掌子面以上形成完整的加固保护。

4.4 盾构机掘进

4.4.1 端头降水。为确保盾构机到达接收时处于无水或少水状态下安全到达，需利用科华南路站西端头原3口降水井，在盾构接收前将水位降至底板水位线以下0.5m，以防止接收时发生涌水、涌砂等情况。

4.4.2 渣土改良。根据线路管片排环图，盾构将在646、647环下穿Φ2200mm污水管，为保证盾构顺利通过污水管，盾构掘进至640环时采用以膨润土为主、泡沫为辅的改良方法。膨润土泥浆配合比为水∶钠基膨润土=100kg∶30kg，膨化时间不小于4h。通过膨润土加泡沫辅助渣土改良，保证渣土的改良效果，增加渣土的流塑性和自稳性，减小刀盘扭矩，保证刀盘周边土体的自稳性。

4.4.3 出渣量控制。盾构下穿污水管段掘进严格控制出土量，加强出土量管理措施，严禁多出土，出土量控制必须以碴土体积控制为主、重量复核为辅，保证控制地层损失率达到最小。环宽1.5m的每环出土量控制为55±2m?，同时每车出土量（15m?）须与相应的推进距离（0.41m）及时对比复核。

4.4.4 姿态控制。盾构到达前100m进行地面控制网（平面、高程）复测、联系测量、地下控制网复测、管片姿态测量、吊篮复测、盾构机姿态复测、接收洞门及底板复测。对盾构机姿态及时进行调整，保证盾构机正常出洞，盾构机在距贯通前30m内，应再次对盾构轴线姿态进行复测，确保盾构以设计姿态下穿污水管；盾构掘进过程中，推进速度要保持相对的平衡。严格控制好推进里程，将施工测量结果及时与计算的三维坐标相校核，及时调整。对推进过程中出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，坚持“勤纠少纠”的原则，每环纠偏量不超过5mm，以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。

4.4.5 洞内注浆。盾构下穿污水管段掘进，同步注浆材料适当增加速凝剂，减少凝结时间，初凝时间控制在4h左右。过污水管段注浆量应适当增大，采用注浆压力和注浆量双控，每环注浆量可调至8m?左右。二次注浆通过吊装孔进行，选用水泥-水玻璃双液浆，配合比为1∶1，在管片脱出盾尾2～4环后进行，注浆压力为0.2～0.4MPa。通过污水管段二次注浆采用全环封闭注浆，全环封闭的范围为630～652环，共22环。

4.4.6 掘进参数。盾构机掘进该段时应按覆土厚度及长度分三段设置参数，包括盾构到达污水管放坡开挖面前、开挖面、切削围护桩三段，分别设置刀盘转速、扭矩、推力、掘进速度、螺旋机转速等，根据不同地段采取相应的参数。

4.4.7 洞门封堵。洞门混凝土凿除后，尽快推进盾构和拼装管片，尽量缩短盾构接收时间及时清渣封闭洞门。

4.5 其他安全措施

盾构掘进过程中，必须实行信息化施工，其中最典型的就是监控量测。监控量测包括对周边建筑物、污水管、地表等的沉降、位移、倾斜等进行监测，且频率按照每2小时一次（分别由施工监测和第三方监测各间隔4小时一次）。同时，盾构隧道施工过程中指派专人24小时对污水管进行巡视，施工单位必须配备必要的安全管理人员。另外对掘进过程中的渣土、管片拼装以及掘进参数、盾构姿态等实时视频或数据监控，将各类数据、视频传输至地面中控室，通过中控室技术人员分析、及时调整各项参数，切实做到在掘进中根据信息化施工，使盾构掘进安全稳步推进。

5 结语

通过采取对盾构到达科华南路站接收端的加固，尤其是对DN2.2m污水管的保护性加固，增加污水管抵抗变形能力，制定盾构分段掘进参数，落实信息化施工，最终实现了盾构的安全到达，污水管最大沉降5.3mm，无污水渗漏和其他建筑物变形预警情况发生，技术措施可靠，方法得当，为以后地铁施工提供了相应的借鉴经验。

作者简介：张军（1975-），男，四川邛崃人，中铁八局集团桥梁工程有限责任公司工程师，研究方向：地下铁道工程。

（责任编辑：黄银芳）