复杂条件下盾构下穿珠江前航道施工控制研究

陈 刚

（中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250000）

1 工程概况

直径8.8m 土压平衡盾构长距离穿越珠江前航道，地层裂隙水较丰富，且隧道曲线为半径600m 的S 弯曲线，掘进过程中会出现螺旋输送机渣土大量喷涌、管片上浮错台超限和壁后同步注浆流失导致管片漏水等问题出现。盾构区间左线下穿珠江段里程为ZDK55+715.42～ZDK57+111.91，区 间 右线下 穿珠江段里程为YDK55+668.02～YDK57+119.34，过江段长度约1 600m。区间左、右线主要穿越地层为中风化、微风化泥质粉砂岩、微风化砾岩，线路最小转弯半径R=600m，最大纵坡15‰，隧道拱顶最大埋深25.5m。其中左线里程为ZDK56+600～ZDK56+626.3、区间右线里程YDK56+627.0～YDK56+690.0 范围内侧穿猎德大桥，桥桩为直径2500mm 的钻孔灌注桩，隧道管片与桥桩的净距为6.02～11.95m。

2 施工重难点

1）过江施工，地层水压大，盾构螺旋输送机出渣易发生喷涌。

2）盾构长距离穿江，600m 小半径S 弯，管片易出现错台。

3）过江段地层裂隙水较为丰富，水压较大，保证管片背后同步注浆填充饱满密实和防止管片上浮是一个重难点。

3 施工过程控制及主要技术措施

盾构施工过程中，掘进参数的设定是盾构掘进施工安全、地层沉降控制得以保证的前提。盾构穿越珠江段时，必须加强盾构姿态的控制和掘进参数的调整，密切关注各项参数变化，如出现异常，及时反馈、调整。为确保掘进参数的准确，结合区间地址详勘报告、类似盾构施工经验和自身施工实例，对盾构掘进参数进行了计算和选取。

3.1 防止盾构螺旋输送机喷涌控制

在软岩掘进过程中，现广泛认同的掘进方式为半仓推进气压辅助模式。在富水量较大的地层中，由于土仓存渣较少，地层汇水至土仓很容易造成螺旋输送机喷涌，大量的喷涌会造成土仓瞬间失压、盾尾累积大量泥渣，对掘进施工中土压保持、文明施工会造成重大影响，制约掘进连续性，因此螺旋输送机喷涌必须要得到有效解决。控制措施如下。

1）在下穿珠江过程中，为保证掘进掌子面稳定，需要合理设置土压力，由于开挖面水土压力与隧道覆土深度、地质条件变化而时刻变化，因此土压力控制是一种动态管理，在掘进过程中需对开挖面土压力进行严格监控，通过手动控制，保证压力控制值在设定值±5%范围内。通过对盾体上观察孔仓位检查可粗略估算地层中汇水量，结合地层埋深合理调整停机过程中土仓压力，依靠气压将土仓中积水排出。

2）掘进停止前10～15cm 根据仓位情况可进行原状土填仓，保证土仓停机汇水可与原状土相互混合，使下次推进时渣土不会过稀，造成喷涌。

3）在长时间停机过程中向土仓中注入半仓以上高粘度膨润土可有效防止复推时喷涌。根据仓位情况，复推过程中可先进行土仓放水。

4）利用点位交错，2～3 环管片施做1 道止水环箍，并且每隔20～30 环施做一道止水环箍（依据现场实际情况，酌情考虑），封闭管片壁后水道连通。施做止水环过程中需底部开孔引流。

5）协调好现场其他施工步序，保证盾构施工连续性，避免长时间停机。

3.2 掘进速度和刀盘转速控制

盾构穿越珠江段，掌子面地层主要以＜8-3＞中风化泥质粉砂岩和＜9-3＞微风化泥质粉砂岩为主，局部存在＜8-1＞中风化砾岩。每环对掘进渣样进行分析，防止地层突变、强度变大对刀具和刀盘造成伤害，掘进速度和刀盘转速动态管理。

3.3 同步注浆控制

1）每吨同步注浆的浆液配比为：水∶水泥∶细砂∶膨润土∶粉煤灰=320kg∶95kg∶ 570kg∶65kg∶270kg。

2）同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构每完成1 环1 600mm 掘进的时间内完成该环注浆量来确定其平均注浆速度。

3）采用注浆压力和注浆量双指标控制标准（即双控），即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。

4）掘进过程中对脱出盾尾管片进行开孔检查，检查浆液密实程度。若在连续的检查中发现密实程度差，浆液流失严重，可在同步注浆泵引出1～2 根同步注浆管用于管片脱出盾尾的补浆，同步注浆方量适量减少用于补浆。

3.4 二次注浆及止水环施做控制

1）浆液配比 水泥浆采用42.5R 普通硅酸盐水泥，水灰比为1 ∶1；水玻璃采用波美度38的溶液与水按1 ∶1 进行稀释。注入时水泥浆与水玻璃体积比为水泥浆：水玻璃=4 ∶1。浆液密度为1.44g/cm3，凝结时间为20～48s。

2）二次注浆控制标准 注浆压力达到0.4～0.5MPa；注浆量达到设计注浆量，注浆效果达到注浆的目的；当发现管片有明显变形，应停止注浆；根据管片上浮及开孔检查情况，优先进行隧道顶部注入填充，底部进行开孔放水引流。

3）止水环控制标准 利用点位交错，2～3 环管片施做1 道止水环箍，每隔20～30 环施做一道止水环箍（依据现场实际情况，酌情考虑），封闭管片壁后水道连通。同时根据现场实际情况及监测结果，及时进行二次注浆，以弥补同步注浆的不足。

3.5 盾构姿态及管片拼装控制

在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，严格控制掘进速度，盾构姿态变化不可过大、过频，控制每环的纠偏量不大于6mm，以减少盾构施工对地层的影响。具体盾构掘进方向控制及纠偏注意事项如下。

1）盾构提前进入S 弯缓圆曲线线左（右）30～40mm 掘进。

2）掘进过程中同时注意铰接油缸行程、铰接密封检查及盾尾间隙。将盾构调整到良好的状态，并且保持良好姿态穿越珠江。

3）曲线段掘进过程中调整好分区压力，保证盾构以均匀、平缓的姿态沿曲线半径掘进。纠偏不宜过大、过快，及时检查千斤顶油缸及管片是否出现破损。

4）盾构掘进方向控制极其重要，应按照有关技术要求，做好测量定位工作，每30 环对盾构姿态进行人工复测。

5）盾构掘进完成后，处于拼装状态时，千斤顶的收缩会引起盾构的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟后，待周围土体与盾构固结在一起后再进行千斤顶回缩，回缩千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。在拼装的过程中，操作手拼装尽量柔和，防止管片之间剧烈碰撞而损坏管片及止水条。

3.6 施工监测

施工监测主要有成型隧道姿态监测。通过监测布设于隧道周边上的两个监测点之间的距离，求出与上次量测值之间的变化量即为此处两监测点方向的净空变化值。读数时进行3 次，然后取其平均值。根据地质特性，江底地层稳固性较好，对于江面监测主要以巡查有无旋涡、气泡为主。

4 结语

盾构下穿珠江风险很高，为保障施工安全和施工质量，对现场施工参数把控、流程把控管理精细，做到预防事故发生，施工平稳有序的进行。现场测量监控及时、细致，安全和质量把控到位。