浅覆土盾构下穿人行通道施工研究与应用

周文朋 曹智俊 高锋 吴祯 苏勇

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000)

1 工程概况

深圳地铁9号线二期南海大道支线工程9130-1工区海上世界站～工业六路站区间双线隧道，呈南北走向。区间左、右线中心线间距14.2 m，在里程YDK4+155.69处，兰溪谷人行通道与隧道线路中心线垂直。下穿兰溪过人行过街通道，过街通道宽约10 m，通道底板至盾构隧道顶最小结构净距约为1.82 m，沿隧道中心线方向该段最小埋深约4 m。人行过街通道为单孔矩形框架结构，出入口处各有一处池塘，距离左、右线最小水平距离分别约为8m，4m，池塘底部距隧道垂直距离2.87m;沿通道走向有一条水沟，其中水沟与右线隧道最小垂直距离3.5 m。兰溪谷人行通道处路面标高约0.5 m，参照小水塘水面标高，水位标高按0.3 m考虑。该区间采用海瑞克S810土压平衡盾构机。

据地质勘探资料，穿越人行通道地段区间右线隧道穿越地层主要为砾质粘性土、强风化花岗岩和中风化花岗岩层(有上软下硬部分);兰溪谷人行过街通道地板(约厚1 m)位于砾质粘性土地层中。因此，盾构下穿兰溪谷人行通道段的风险主要为埋深浅、地质不均，易造成沉降超标。

2 下穿兰溪谷人行通道施工方案

2.1 严控掘进各项参数

在穿越前，认真对刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备进行检查，确保在穿越过程中设备无故障，进行连续施工，避免中间停机。下穿前及下穿施工过程中严格控制盾构机掘进参数和出土量，实现匀速、快速掘进，以减少对土层的扰动，加强盾构机及后配套设施的管理、维护，避免因盾构机的停留而造成施工中断。根据本区间工程地质、水文条件设置试验施工段，尽可能保证匀速、快速掘进通过，地面沉降量和累计沉降量应符合相关规范。加强对盾构机主要技术参数的控制。

1)土仓压力:盾构下穿人行通道地段隧道断面位于强中风化粗粒花岗岩层中，土仓压力采用水土合算方法。初步设定土仓压力为0.7 bar，根据沉降监测结果进行适量的微调，波动范围±0.1 bar范围之内，严格控制土压稳定。

2)刀盘转速参数:刀盘转速控制在1.3 r/min～1.5 r/min。

3)推进速度参数:正常推进时速度宜控制在20 mm/min～30 mm/min。

4)总推力参数:根据掘进速度及土仓压力情况，总推力控制在 800 t～1 100 t。

5)刀盘扭矩参数:根据地质情况，刀盘扭矩控制在1.5 MN·m ～1.8 MN·m。

6)贯入度参数:根据刀盘转速及推进速度，贯入度在5 mm～15 mm。

7)同步注浆参数:同步注浆量控制在6.5 m3/环(150% ～200%)，注浆压力1.5 bar(上部)～2 bar(下部)，注浆压力及注浆参数根据监测情况动态调整。

8)出土量:每环理论出土量46 m3，此类地层考虑按1.3松散系数，每环出土方量为60 m3。盾构掘进中严格控制出土量，同时注意渣土改良添加剂使用情况。

9)盾尾油脂:盾尾油脂注入量每环不少于35 kg。

10)二次注浆:二次注浆采用1∶1水泥(水灰比1∶1)水玻璃双液浆，将二次注浆设备放置于台车上，管片脱出盾尾后实时组织注浆，以防地表沉降。

2.2 盾构姿态控制

盾构姿态的控制是施工的重点，是保证顺利掘进的重要因素，掘进时注意以下几点:

1)控制好掘进的技术参数，如土压、推进速度等;

2)正确进行盾构千斤顶的编组及分区油压的控制，推进时对千斤顶选择的正确与否直接关系到盾构姿态的偏差控制;

3)合理使用盾构的铰接装置;

4)盾构姿态调整不宜过急，每环纠偏量不宜大于3 mm。

2.3 洞内跟踪注浆

施工中加强注浆管理，严格按“注浆压力、注浆量”双指标控制，同步注浆量确保在理论计算值的150% ～200%，即6.0 m3～8.10 m3，并做好如下其他控制措施:

1)注浆由专人负责，在每环掘进完成后对注浆量进行详实记录，加强地面巡查。当发现注浆量变化较大时(查看地面有无异常，若有冒浆、漏气现象，立即通知现场停止注浆并及时处理)，认真分析其原因，进行迅速有效的处理。

2)盾构通过人行通道前后5 m范围的管片在相邻块各增加2个注浆孔，注浆孔构造可按吊装孔设计，确保注浆填充密实的同时保证成型隧道质量。根据监测结果，在隧道内进行跟踪注浆，增设注浆孔管片如图1所示。

图1 管片增设注浆孔展开图

洞内跟踪注浆:采用直径35 mm、长1.8 m的钢花管注浆，扩散半径为0.8 m，具体加固范围如图2所示。浆液为纯水泥浆，水灰比为1∶1，采用42.5R硅酸盐水泥，注浆压力为0.5 MPa～1.5 MPa。

图2 洞内跟踪注浆示意图

3)为保证浆液的质量，对制备浆液的原材料进行严格控制，定期取样测定凝结时间、结石率等参数。

2.4 施工监测

1)监测布置。为了及时收集、反馈和分析周围环境及支护结构在施工中的变形信息，实现信息化施工，确保施工和周围环境安全。根据施工图、设计单位确定的监测内容要求，在通道内加密埋设沉降监测点(如图3所示，每个断面3个监测点)，实行信息化施工，根据监测结果及地面监测数据即时调整盾构掘进参数。

图3 兰溪谷人行通道内沉降监测点布置图

2)监测报警值见表1。

表1 区间监测频率表

3 掘进参数分析及监测分析

3.1 掘进参数分析

表2 海工区间兰溪谷拱顶沉降观测成果表

如图4所示，该处选取了下穿人行通道期间(ZDK4+145～ ZDK4+172)的四组数据(掘进速度、推力、土压、刀盘转速)，在推力与刀盘转速相对平稳的情况下，掘进速度主要集中在20 mm～30 mm，较为平稳，在此期间土压维持在0.6 bar左右，各项参数均无大的波动。

3.2 监测成果

表3 海工区间兰溪谷收敛观测成果表

通过对下穿通道区段的全程实时监控，以及后续的定期监测，监测成果如表2，表3所示，下穿后人行通道顶部沉降最大值仅为3.2 mm，收敛值稳定无变化。

4 结语

最终结果表明:以上各项掘进参数应用于下穿浅埋人行通道得到了较为理想的成效，对土体扰动小，沉降远小于预警值，效果显著。对后续浅埋段及下穿掘进控制沉降有一定的指导和借鉴作用。