土压平衡盾构长距离下穿河流软弱浅覆土施工技术实例分析

周雄威，李文龙，肖友柯，曹亚奇，王 捷

（中建隧道建设有限公司，重庆 401320）

1 工程概况

南宁市轨道交通5号线降桥站～金桥客运站盾构区间左线ZDK31+832.6～ZDK31+939.1（360环～410环）及右线YDK31+795.1～YDK31+906.1（335环～408环）下穿那考河支流及周边池塘浅覆土区域，区间隧道隧顶距设计河底及池塘底部最小覆土为1.5～2.9m，下穿地质条件为从上到下依次为杂填土、素填土、淤泥、粉砂岩、泥岩，地下水位较高，施工风险极大。

2 浅覆土段抗浮处理措施

区间隧道最小覆土约为1.5m，为保证盾构穿越过程的安全，需对浅覆土地段进行抗浮处理，抗浮处理施工前需采用沙袋围堰对河流进行引流导边。现场采用抗浮压板+抗拔桩的抗浮处理措施。

（1）抗拔桩施工。抗拔桩采用C35高性能水下混凝土。抗拔桩共87根，其中区间左线28根，中间32根，区间右线27根。区间左右线隧道中间桩长为16m，其余桩长为12m。12m长抗拔桩的单桩抗拔承载力不得低于433kN，16m长抗拔桩的单桩抗拔承载力不得低于866kN。施工前对区间隧道进行现场放样，确保抗拔桩不会侵入盾构隧道掘进断面。抗拔桩施工结束后，根据施工及质量验收规范对抗拔桩进行质量检测，检测方法及数量应符合相关规范要求。对所有桩均应做低应变动测法检测桩身完整性；单桩抗拔试验检测数量为桩总数的1%且不应少于3根，以保证抗拔桩满足抗拔要求。

（2）抗浮压板施工。抗浮压板采用C35、P8高性能混凝土。抗浮压板形式：200mm厚C20素砼垫层+800mm钢筋砼抗浮压板+100mm厚C35钢筋网砼保护层。抗浮压板同时兼做该段隧道河底防冲刷及可能的清淤保护措施。隧顶距抗浮压板最小净距为0.4m，施工过程中严格控制抗浮压板的高程，以免侵入隧道。同时，在盾构穿越前需在抗浮压板上进行填土反压，填土厚度1.5m。抗浮压板+抗拔桩断面图如图1所示。

3 隧道上方软弱土处理

（1）换填处理。施工抗浮压板前，需对抗浮压板底部下1.5m范围内的淤泥，进行换填压实处理。采用黏性土进行换填，换填压实度不小于94%，以免抗浮压板发生局部沉降，导致抗浮压板的底部高程侵入隧道。

图1 抗浮压板+抗拔桩断面图

（2）地面注浆处理。在抗浮压板钢筋绑扎时，在抗浮压板范围按φ40@1500mm×1500mm梅花型预留注浆孔，待压板混凝土达到设计强度后，对抗浮压板板底下2.5m范围采用中空玻璃纤维注浆管进行注浆，注浆完毕后，注浆管需上拔并保持与隧道0.5m的净距，同时需封堵注浆孔。注浆浆液采用水泥单液浆水灰比0.8～1.0，注浆压力0.5～1MPa，达到稳定压力后保压10～15min。

（3）洞内注浆处理。对ZDK31+877～ZDK31+940、YDK31+895～YDK31+930区段的盾构管片增设注浆孔，在盾构掘进时进行洞内注浆。注浆以充填注浆为主，浆液采用水泥单液浆，注浆压力不大于0.5MPa。现场应进行注浆试验，确定浆液最优配合比、注浆压力等参数，并评估对管片变形的影响。注浆过程实时监测管片变形及收敛以及管片接缝错台、漏渗等情况，及时调整注浆参数。特殊管片洞内注浆断面示意图如图2所示。

图2 特殊管片洞内注浆断面示意图

4 盾构参数控制

4.1 盾构机姿态控制

下穿那考河支流时，盾构机处在直线段且处于上坡掘进，根据地质情况，此地段可能存在上软下硬地层，盾构机姿态控制比较困难。当盾构机在上软下硬地层中掘进时，盾构姿态容易上浮，为了保持正确的掘进线路及保证良好的成型隧道质量，掘进时可降低推进速度，合理控制上下千斤顶的推进油压，提前将盾构前点垂直姿态下压，预留一定的管片上浮量。同时，盾构掘进过程中及时对管片螺栓进行三次复紧，且每环管片拼装前应及时对盾尾进行清理。该工程实际施工过程中盾构前点垂直姿态控制在-20～-30mm。

4.2 土压力设置

根据施工地段的隧道埋深、地层分布情况及地下水位高度，采用水土合算公式计算下穿地段的理论土压力，计算过程中需考虑抗浮压板、板下注浆及填土反压等因素的影响，确定合理的土压力，并在掘进过程中根据监测数据，对盾构施工土压力参数进行动态化调整。该工程实际施工过程中土压力控制在0.2～0.5bar。

4.3 掘进速度

盾构下穿时速度不宜过快或过慢，而是应该保持匀速推进，保证盾构机安全平稳地下穿风险地段。该工程实际施工过程中掘进速度控制在40～45mm/min，推力控制在1200～1500t，扭矩控制在1600～2200kN·m，螺旋机的转速根据掘进速度与土仓压力的变化来控制。实际施工主要盾构参数图如图3所示。

图3 实际施工主要盾构参数图

4.4 渣土改良

根据地质勘察报告可知，盾构下穿软弱浅覆土地段地质为杂填土、素填土、淤泥、粉砂岩、泥岩，且地下水位较高。工程地质复杂，渣土改良是该工程的重点，在盾构机掘进过程中向掌子面和土仓内注入渣土改良剂来使渣土具有良好的塑性变形和软稠度，减小渗透率。该工程实际施工过程中采用膨润土浆液及泡沫剂来进行渣土改良掘进，膨润土浆液、泡沫剂的具体比例需根据现场试验确定。

4.5 出土量控制

对出土量进行三控，即体积、重量、密度。

（1）体积。盾构掘进时，值班工程师根据土箱体积大致计算出渣土体积并记录在掘进参数表上。渣土体积按。理论出土量=π/4×D2×L=π/4×6.282×1.5=46.44m3/环，考虑岩土的松散系数（1.2～1.3），盾构掘进时的实际出土体积按55～60m3/环控制。该工程渣土外运采用18m3的渣土车进行，土箱高度约为1800mm，不考虑土箱内部结构，即为1m3/100mm。掘进过程中可通过掘进300mm出渣0.7车来控制。

（2）重量。龙门吊司机根据龙门吊称重系统分别将每个土箱与渣土的总重以及倒完渣土后的土箱重量记录在渣土称重表上，据此可计算出每环渣土总重量。如与理论重量差距过大，应及时进行分析并采取相应措施。

（3）密度。取用盾构掘进地层天然状态下的土，加入适量的水，实测出加水后土的密度。此密度应与通过重量和体积计算出的渣土密度大致一样。

通过渣土体积、重量、密度三个方面的管控来判断是否超挖，一旦超挖及时对相应环号进行二次补浆。

4.6 注浆控制

盾构机配有2台液压驱动的注浆泵及1个带搅拌的7m3浆液罐，掘进时通过盾壳上设置有注浆管路将浆液注入到开挖直径和管片外径之间的环形间隙。

最初的注浆压力可取大于静止水土压力0.1～ 0.3MPa，并避免浆液进入盾构机的土仓中，在实际掘进中将不断调整优化。注浆量根据不同的地质情况和地表隆陷监测情况进行调整和动态管理，注浆压力渐近增加以满足注浆量为上限值。注浆速度应于盾构机的掘进速度相适应，根据掘进速度做动态调整。该工程同步注浆压力实际控制在2～3bar，注浆量控制在6m3左右。

在隧道与浅覆土区域交汇区及前后10m范围进行洞内二次注浆，充填管片背后的空腔。注浆材料采用双液浆即水玻璃—水泥砂浆，水泥采用P.042.5级，水玻璃采用35～38Be原液。水泥浆不掺入其他材料，水灰比为0.5∶1，水玻璃与水按1∶1稀释，注入时水泥浆液与水玻璃体积比拟采用水泥浆∶水玻璃=1∶1，注浆参数根据现场实际注浆效果不断优化，并及时调整。同步注浆浆液配合比如表1所示。

表1 同步注浆浆液配合比

5 结束语

目前，很多城市规划了密集的地下轨道交通网络，也因此给地铁隧道施工带来了许多施工难题，该工程覆土厚度不足0.5倍洞径、覆土地层软弱且含水量大，施工难点及特点鲜明，技术措施效果明显，可参考性强，对其他类似工程可以起到参考和借鉴的作用。