盾构机下穿永定新河施工技术

孙凤东

(中铁三局集团天津建设工程有限公司，天津 300350)

0 引言

天津地铁5号线，自天津市北辰区、河北区、河东区、河西区和南开区，至西青区，全长35 km。本条线路与6号线形成闭合圆形，是天津市重要的轨道交通线路之一。本文所述下穿永定新河是本条线路中北辰区内的重要施工控制工程。

1 工程概况

本地铁线北辰科技园北站—丹河北道站盾构区间为双线隧道，采用盾构法施工，全长1 737.8 m；区间左线起讫里程左DK0+840.211～左DK2+576.300，设有两处长链分别为0.012 m，1.702 m，区间右线起讫里程右DK0+840.200～右DK2+576.300，设有一条长链为1.646。

线路纵断面上，线路呈“V”字坡。本区间以2‰的上坡出盾构井后，以28‰,10‰,3‰的坡度下坡，再以6.187‰,15‰和2‰的坡度上坡到达区间线路终点。

永定新河河宽176.8 m，深2.91 m，河底与隧道结构最小净距为8.0 m，覆土厚度大于1.0D。区间在里程DK1+126～DK1+327(第191环～第325环，共135环)下穿永定新河，主要穿越地层为⑥4、⑦和⑧1粉质粘土，⑧11粘土，局部穿越⑧13粉土，覆土厚度为8.0 m～14.0 m。

DK1+180位置为变坡点，线路坡度由28‰下坡变为10‰下坡，由R=5 000 m，2T=90的圆曲线过渡。

盾构机下穿永定新河剖面图见图1。

2 盾构下穿永定新河的施工措施

2.1 盾构机穿越河流前准备工作

1)盾构机在掘进到永定新河前50环左右，选取稳定性好的区域，进行盾构机、后配套台车及整体系统的维护和检修，尽量避免在永定新河下出现停机状况。

2)在盾构作业面储备常用应急物资，包括海绵条、聚氨酯、棉被、堵漏的快凝水泥，同时盾尾油脂采取“使用一桶，备用一桶”的措施，以备特殊情况的使用。并对作业人员开展盾构穿越河流的技术、安全培训。

3)盾构掘进过程中，确保盾尾间隙均匀，及时记录每环盾尾间隙，出现较大偏差时，应及时调整盾构机姿态，减少管片对盾尾刷的挤压。

4)对堵塞的注浆管进行疏通处理，同时采取洗管措施防止堵管情况发生，减少盾构停机时间。

5)对分别通往开挖面、土仓、设定合理的土仓从泡沫管进行疏通。

6)在右线采用两台电瓶车编组进行施工，缩短工序之间停机时间，保证盾构匀速、稳定施工。减少在河流下的掘进时间。

2.2 盾构机主要参数设定

1)土仓压力。盾构在下穿河流时土仓压力的控制尤为重要，必须设定合理，保证不因土仓压力过大或者过小而扰动河底土体。根据前一阶段的掘进参数及本区段地质情况，土压设定为：0.10 MPa～0.16 MPa(并根据实际情况进行调整)。

2)同步注浆。盾尾注浆有两大目的：一是填充管片与土体间产生的建筑空隙，控制地层沉降；二是在管片外形成一道防水层，增加防水性能。

盾构施工中最大的风险在于河水与盾构隧道的贯通，隧道注浆做到填充即可，严防压力过大形成劈裂注浆。注浆压力设定在0.23 MPa～0.28 MPa(根据不同地质条件进行调节)。注浆量控制在理论值的150%，大概在4.68 m3。

3)盾构掘进速度。

盾构掘进速度以保证匀速施工为最佳，结合施工经验，盾构掘进速度基本控制在20 mm/min～50 mm/min。

4)刀盘的转速参数设置。

盾构机下穿永定新河时，应采用低扭矩低转速向前推进，减少对周围土体的扰动，将周围土体的隆起和沉降降到最少，施工过程时刻监控刀盘扭矩的变化情况，及时对扭矩和转速进行调整。

刀盘转速在(0.8～1.0)r/min，扭矩小于2 500 kN·m，保证盾构机匀速平稳通过，同时根据当时地质情况适当调整，使盾构机能够顺利通过。

5)盾构掘进姿态保持与隧道轴线一致。

在盾构机掘进过程中，应保持盾构掘进偏差在设计允许范围内，若出现偏差时，需严格控制每环管片的纠偏量，通过调节千斤顶的伸长量，尽量单环纠偏量不超过4 mm。

在河底下纠偏坡度控制在±1‰之内，一次纠偏量不超过4 mm。

在河底掘进时，应杜绝打开铰接，防止铰接漏水。本盾构在穿越河流前施工前已提前调整了姿态，保证在河底不调整姿态或微调姿态。

6)盾尾密封是盾构掘进的重要保障，在本盾构穿越河流时采用三道盾尾密封刷，平均每10环进行一次全面检查，保证盾尾油脂均匀注入，注脂压力大于4 bar，每隔4环采用手动模式补注一圈油脂。保证盾尾油脂注入量在50 kg/环以上。

2.3 盾构机过后的再补强措施

1)二次注浆。在盾构机掘进时，随着同步注浆的脱水和凝固，体积会收缩，造成衬砌和土层的分离，为了充实背衬，并提高止水能力，盾构机在下穿永定新河时，每7环后进行二次注浆，主要进行补注水玻璃+水泥砂浆的双液浆。

2)管片三次复紧。随着盾构机的掘进，会对已紧固的管片进行扰动，造成螺栓的松动，为防止因管片的松动变形引起地层的过度扰动，需要对管片进行三次紧固。即为拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进至每环管片拼装前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。

3 质量保证措施

1)盾构掘进速度，应与控制的地表沉降值、螺旋输送机出土量、正面土压力调整值及壁后注浆等相协调。

2)根据地质、线路平面、高程、坡度等条件，盾构掘进中应严格控制隧道轴线的平面位置和高程，其允许偏差均不得大于±50 mm，正确控制千斤顶的伸缩个数和油压。如盾构停息时间较长时，必须保证盾构正面土体的压力，并要防止千斤顶的后缩。

3)盾构机掘进中要及时压注盾尾油脂，保证盾构尾部不发生漏浆。

4)当盾构前方发生坍塌或遇障碍物时，应停止掘进，分析原因并采取措施。

5)施工后的地表变形量：控制在+10 mm～-30 mm范围内。

6)掘进中要认真填写施工记录。记录表要求准确、完整、清晰。

7)要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于20 mm。

8)盾构操作手和管片拼装手在进行操作时，应以隧道的整体线形为前提，严格控制各项参数，纠偏时需满足后续施工的限值。

9)封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入80 cm，调整位置后利用推进油缸与管片安装机配合纵向顶推到位。

10)管片安装到位后，及时伸出相应位置的所有推进油缸顶紧管片，其顶推力大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。

坚持前一阶段对管片拼装的记录，包括盾尾间隙及管片错台。同时加强管片拼装时的质量控制，减少管片的破损。

4 应急措施

4.1 螺旋机喷涌主要处理方法

在掘进过程中，如果土压控制不当，对土体扰动过大，会造成河底隆起或沉降，从而形成水流通道。砂层在水作用下形成流体状进入土仓，随着仓内压力的增大，形成喷涌现象。

盾构机穿越河道时应采取的措施：1)设定合理的土仓压力，尽量减少对隧道围岩的扰动；2)降低渣土中水的比例，严格控制渣土改良效果；3)同时加强设备的维修保养工作，保证盾构平稳、快速地通过。

发生喷涌处置措施：1)立即关闭螺旋输送机阀门；2)向土体中加入足量的膨润土泥浆、高分子聚合物等改善渣土的和易性；以控制土仓内的土压和抑制喷涌；3)向土仓中加入泡沫进行碴土改良。

4.2 盾尾密封处出现漏水、漏砂现象

由于管片拼装时不居中，同步注浆压力过大或盾尾密封油脂注入量不足时，会造成盾尾密封处的漏浆、漏砂现象。

若盾尾出现涌水、涌砂现象时，应采取以下措施：1)减少或停止同步注浆，降低盾尾外部压力，同时使用棉被或者其他填充物，堵住漏水位置，减小水势；2)加大盾尾油脂的注入量和压力，及时在渗漏位置加注优质油脂；3)在缓解了漏浆、漏水状态后，试行推进，调整盾构机和管片姿态，减少渗漏处的盾尾间隙，并对同步注浆量和盾尾油脂填充量进行严格控制；4)仔细分析浆液的配合比，可通过增加水泥用量，缩短浆液的凝固时间，尽早降低盾尾处的浆液压力；5)储备一环外粘海绵条的应急环，当出现漏水严重情况时，使用外贴海绵条进行堵漏。

4.3 盾构铰接处出现漏水、漏砂

盾构穿越河流时，如盾构姿态控制不当，盾构机易出现蛇形摆动现象，导致铰接油缸和推进油缸的行程差过大，盾构铰接处出现漏水、漏砂现象。

此时采取以下措施：1)先缩小各油缸行程差，改善铰接状态，继续推进直到流砂减少或停止为止；2)如果流砂不止且有增大趋势，打开铰接处紧急密封气囊。

5 结语

本文以天津地铁5号线为背景，对盾构机下穿永定新河相关的主要技术参数、技术控制要点及重要的安全质量保障措施进行了说明，为盾构机施工，尤其是盾构下穿河流施工提供了借鉴。