砂土地层中盾构下穿公路隧道工艺性试验研究

王 辉

(中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200122)

区间盾构隧道因其施工速度快、安全性高、成本相对低等众多优点，在城市地铁施工中应用越来越广泛[1]。但由于城市规划及发展、交通拥堵等原因，新建地铁线路(特别是主城区)不可避免的要穿越既有建筑物及构筑物。区间隧道在穿越建构筑物期间对建构筑物沉降控制提出很高的要求，盾构机掘进过程姿态的控制、浆液的选择、刀盘扭矩及推力的控制等中遇到较大的难度，本文通过一个实际案例分析了盾构隧道近距离穿越建构筑物时针对沉降控制采取的技术措施，可为类似地铁施工下穿工程的研究、设计以及施工提供一定参考价值。

1 工程概况

1.1 工程简介

无锡市轨道交通3号线永乐东路站～金海里站区间下穿太湖大道隧道，区间线路总体为南北走向，始于永乐东路站南端头，向南行进，以曲率半径R=400m向东南转向，并沿长江北路道路东侧行进，后接入金海里站北端头，区间盾构在左线ZDK27+728.59～ZDK27+756.11，和右YDK27+740.96～YDK27+768.44下穿太湖大道隧道，对应的管片环数左线为277环～301环，右线为286环～310环。线路平面布置如图1所示。

图1 永乐东路站-金海里站区间与太湖大道隧道平面关系

1.2 工程重难点分析

永乐东路站～金海里站区间盾构下穿太湖大道隧道，下穿太湖大道隧道约27.5m。区间以R=400m穿越太湖大道隧道底，太湖大道底板厚1 000mm，隧道顶距底板底5.222～5.56m，底板下有长12mφ1000mm工程桩，区间自桩中间穿越(穿越桩间距12.3m，盾构直径6.440m)。

借鉴以往盾构在该区域施工经验，如果土舱压力设置过大、螺旋排土器排土量少，会对开挖面前方土体造成挤压作用，使其土水压力进一步增大，造成开挖面上方土体因挤压产生土体变形，对隧道底板造成沉降或隆起变形；若土舱压力设置过小，掘进过程中易产生局部超挖情况，进而造成盾构开挖面前面土体塌方现象，塌方地层上部应力松弛而产生变形，太湖大道隧道底板因地层变形将产生较大沉降。因此为保证太湖大道隧道的沉降不超过规范限值，需要对盾构施工控制提出较高的要求，以保证隧道穿越过程的土体问题，而不会产生安全问题。

2 关键施工控制技术

根据盾构穿越太湖隧道的工况特点，同时确保后期穿越施工顺利安全进行，选取左线穿越前45环～5环(232环～272环)作为穿越试验段。

2.1 施工关键参数设定

开挖面及土舱压力的平衡设定是土压平衡盾构施工的关键，其中包括推力、推进速度和出土量三者相互关系，其对盾构施工地层变形量的控制起主导作用[2]。因此，在盾构穿越太湖大道隧道的施工过程中，结合其地质水文情况、覆土厚度、地面建(构)筑物情况分布情况，通过现场量测的地表隆沉变形及时调整设定的土仓压力，控制好纠偏量，减少对土体的扰动。

通过在试验段进行施工关键参数的调整及测试，施工时地表沉降变形及建构筑物沉降均处于安全可控范围内，其主要参数如表1 所示。

2.2 同步注浆关键技术

准厚浆粘稠度好、易填充、抗渗效果好、沁水性小、后期强度高[2]，因此试验段内同步注浆工艺建议采用“准厚浆”，结合之前项目施工经验，最初的注浆压力是根据理论的静止水压力确定，取1.1～1.2倍的静止水压力，但该段推进过程注浆压力建议控制在0.3～0.5MPa范围内，注浆量控制在5.5～6m3/环。

表1 盾构穿越太湖大道隧道试验段施工参数

在穿越段施工前，需要对浆液的配合比进行测试试验，以保证最佳的浆液物理力学性能，浆液优化配合比和性能见表2、表3。

表2 同步注浆浆液初步配比

表3 同步注浆浆液性能表

2.3 二次注浆关键技术

试验过程中发现，盾构机穿越后会对隧道稳定性产生影响[3]，因此重载穿越完成前最后3～4环内，通过注浆孔进行二次注浆工艺，以达到补充前期注浆未均匀填充的部分，从而减施工后的沉降变形，同时还能有效提高隧道止水性能，每环注浆量控制值为1.2m3，因此建议二次注浆为采用隔环注浆工艺，每次注浆量定为2.4m3，注浆压力控制为0.4MPa。

试验段内二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆作为注浆材料，浆液的凝胶时间为0.5～1min，能对同步注浆起到进一步补充和加强作用，同时也是对管片周围的地层起到充填和加固作用。

浆液配比为水玻璃用水稀释成1∶3，水泥浆水灰比1∶1，水泥浆与水玻璃体积比1∶1，具体参数如表4所示。

表4 双液浆浆液配比表

3 沉降监测

3.1 地表沉降点布设

因左线首先下穿公路隧道，在左线穿越段设有1个与隧道轴线方向垂直的监测面，监测面设10个沉降监测点，监测点沿着轴线两边均匀分布，轴线外侧间距分别为3m、5m、10m，两轴线间每4m一个监测点，测点布置如图2所示。

图2 隧道内沉降点布设

3.2 结果分析

沉降测试结果如图3所示，从图中可以看出，11月10日盾构开始下穿隧道，地表出现隆起变形，随着盾构的施工，地表沉降出现较大差异，部分监测点出现隆起变形现象，施工期间共对监测点进行54d的记录，从最终沉降曲线可以看出，地表沉降趋于稳定，最大沉降量小于5mm，最大隆起1.03mm，小于规范中限制的地面沉降标准[4][5]：+5～-10mm(穿越密集建、构筑)，可见掘进过程中采取的关键施工控制技术起到了很好的控制效果。

图3 左线盾构穿越阶段地表沉降曲线

4 结束语

砂土地层盾构穿越已有建构筑物时采用“先试验、多注浆、慢速度、勤测量、少纠偏、二次补”的动态控制理念进行沉降控制，将主动(试验段摸索施工参数)控制措施和被动控制(通过监测数据动态调整施工参数，控制地表沉降)措施相结合，不仅有效的控制穿越过程中建构筑物的沉降，也可以控制隧道后期的沉降变形。通过应用多次注浆控制隧道变形技术、控制土压及速度的盾构掘进技术，在盾构穿越隧道前设置试验段，研究砂土地层盾构穿越建构筑物微扰动施工技术。施工过程可操作性强，后期沉降变形小，为砂土层盾构施工下穿建构筑物施工提供重要的实践案例参考。