土压平衡盾构下穿如意湖施工技术控制

崔现慧

摘 要：盾构下穿城市河流湖泊具有较高的风险性。郑州地铁4号线下穿会展中心如意湖为富水砂层，如意湖水位较深为较大风险源。为保证地表安全、将沉降控制在要求范围以内，同时又要防止盾构掘进喷涌等情况的发生，本论文主要对盾构机下穿湖泊过程中需要采取的一些技术措施和掘进参数的调整优化，以保证盾构机能安全顺利下穿如意湖。

关键词：富水砂层;下穿湖泊;盾构机控制措施;城市地铁

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0092-02

0引言

如意湖北站～会展中心站区间长度和穿越水域长度均为郑州轨道交通开建以来最长，水压最大、地质条件复杂、施工区域敏感、风险高的典型案例。本文针对工程特点，总结施工经验，提炼土压平衡盾构机“高水压”穿越如意湖水域的控制措施和要点，确保盾构在穿越类似工程中的安全顺利。

1 工程概况

1.1工程简介

如意湖北站～会展中心站自会展中心北端盾构井始发下穿如意湖至如意湖北站南端盾构井接收;左线长度1097.132m（含短链6.392m），右线长度1112.324m。区间设置1座联络通道兼泵房。

区间最小曲线半径为400m。线路纵坡设计为“V”型坡，坡度为26.4‰。线路走向具体见图1所示。

1.2隧道设计概况

区间隧道管片外径6.2米，内径5.5米，衬砌管片分为3块标准管片（A1、A2、A3），两块邻接管片（B1、B2），1块封顶管片（K型）。标准衬砌环环宽为1.5m。管片采用C50防水混凝土，抗渗等级P12。盾構管片设计为错缝拼装。管片类型为通用型衬砌形式。

1.3工程水文地质情况

1.3.1工程地质概况

区间地层从上而下为①1层杂填土、②31层粘质粉土、②32层粘质粉土、②33层粘质粉土、②22层粉质黏土、②34层粘质粉土、②41层粉砂、②51层细砂、③24层粉质黏土、③25D层细砂。

区间隧道下穿如意湖处埋深为14.429～15.247m，盾构区间下穿如意湖位置主要地层为②51层细砂。本区间隧道地质情况见图2所示。

1.3.2工程水文概况

本区间施工场地附近区域内地表水系较为发育，如意湖连接环绕郑州的东风渠，水源丰富。根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，可分为潜水、微承压水两种类型。

2盾构穿越前准备工作

2.1试验段设置

为总结盾构穿越如意湖段合理的施工参数和控制措施，在盾构通过如意湖前100米设置试验段，从以下几个方面进行了试验研究：（1）研究郑州细砂层透水性以确定实际掘进保压参数;（2）研究掘进参数对地表隆起和沉降变形的影响及正常掘进改良措施;（3）摸索盾构机刀盘不同开口率在郑州地质条件的适应情况及参数调整;（4）通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，掌握盾构推进参数及同步注浆的量，研究不同地质条件下砂浆的注入参数对隆起和沉降的影响[1]。

2.2技术准备

（1）如意湖为人湖，通过向如意湖修建单位详细了解如意湖的湖底、混凝土挡墙及浆砌石挡墙的结构形式等，为项目穿越如意湖过程中方案编制、主要参数确定、设计完善、工艺改进、辅助措施的制定等提供第一手准确资料;（2）盾构机到达如意湖前人工复测湖底实际标高及湖水深度，根据隧道实际覆土层的厚度通过朗肯土压力计算公式，确定盾构穿越如意湖所需的土压力，从而以避免欠压掘进造成超挖或土仓压力设置过高造成湖底开裂及湖面冒浆的现象发生。

2.3设备维修保养

在到如意湖前对盾构机进行一次全面维修和保养，检修好盾构机及配套设备的各系统零部件，确保性能完好，切忌在风险源附近停机，保证盾构机快速穿越风险源。

3穿越过程控制措施

3.1盾构掘进参数及调整

3.1.1土仓压力

穿越段覆土厚度15.87～16.7m，最大水深约为10m，根据公式P=K0（γh+q）计算土仓压力为2.2～2.6bar（隧道顶埋深25.58～26.2m，含湖水深度），施工过程中，根据掌子面静压力及螺旋机出渣量及时调整土仓压力和掘进速度，以防止掌子面失稳导致湖底击穿或下沉。

3.1.2严格控制盾构纠偏量和掘进速度

为保证盾构机姿态和管片姿态良好，切忌在穿越湖底过程中对盾构机和管片姿态进行急速纠偏，以防止管片大面积破损和卡盾带来的涌水涌砂。结合郑州地铁5号线盾构在细砂层中施工经验，在盾构穿越的过程中，盾构姿态变化不可过大、过频，严格控制分区油缸压差;推进速度控制在30～40mm/min，确保盾构施工安全。

3.1.3推力

由于穿越地层为粉细砂层，埋深较深，盾构机掘进过程中千斤顶推力偏大，推力控制在2200～2500T左右，注意调节推力的变化，即防止盾构机推力不足超挖，又要防止推力过大湖底隆起。

3.1.4同步注浆

同步注浆压力控制为1.1～1.2倍的静止土压，注浆量为理论注浆量的1.5～2.5倍。

按照：Q=V×λ

式中：λ—注浆率（取1.5～2.5，曲线地段及砂性地层段取较大值，其它地段根据实际情况选定）

V—盾尾建筑空隙（m3）

V=π×（6.372-6.22）/4×1.5=2.66m3;

则：Q=3.99～6.65m3/环;