天津地铁B1线百环施工盾构掘进参数分析

李胜东，霍泽先，王会刚，代 坚，崔广振，李 硕，郑红艳

（中国建筑第六工程局有限公司，天津300451）

土压平衡盾构施工方法由于速度快、对周边环境影响小等优点被广泛应用于地铁隧道建设中。参数的选取是盾构施工顺利进行的关键，本文以天津滨海新区淤泥质软土地层为例，选取前100环作为试验段，不断修正掘进参数，得出适合于淤泥质软土地层的土压掘进施工参数。

1 工程概况

天津轨道交通B1线欣嘉园站—欣嘉园北站区间采用盾构法施工，欣嘉园北站始发、欣嘉园站接收；区间右线长1 276.580 m，设置2座联络通道，一座兼做废水泵房；区间平面上有一处曲线，最小半径为415 m；区间纵断面为V形，最大坡度24‰；线路轨面埋深16.0～20.28 m，隧道覆土厚度8.4～14.9 m。

盾构隧道衬砌为钢筋混凝土管片，强度等级C50、抗渗等级≥S10，3+2+1模式组合，错缝拼装。管片宽1 500 mm，厚350 mm，衬砌外径6 600 mm，内径5 900 mm。见图1。

图1 区间平面布置

区间结构基底主要位于⑥2-4粉质黏土层及⑦粉质黏土层，全线约1/2与⑧2粉土局部夹粉砂层接触，极易引起透水风险。区间后期规划次干路，在建房建项目距离盾构区间左线外边缘距离约为16 m。右线隧道外边缘距离新生活区板房约20 m。此外，靠近接收端存在一处棚房区，基础距离盾构顶9.2 m。

2 前100环施工工况

区间右线管片总计851环管片。前100环施工段为直线段，均为环宽1.5 m管片，其中浅埋57环，中埋43环，位于17.39‰下坡区段，覆土厚度10.3 m，盾构掘进断面土层主要为⑥2-4淤泥粉质黏土、⑥3含黏性土粉砂。具体施工工况如下：

1）2020年8月10日15时刀盘进入加固土体，拼装5环负环管片（-4～0）；

2）2020年8月11日盾构机进入加固土体，拼装5环管片（1～5）；

3）2020年8月11日管片拼装完成第4环后，刀盘距离出加固区土体约1.3 m，开始进行二次注浆封堵洞门；

4）2020年8月13日盾构机盾尾出加固体进入土层；

5）2020年8月24日—28日停机保压，进行负环拆除施工；

6）2020年8月31日完成100环掘进及拼装。

3 主要参数分析

区间前100环最小覆土厚度位于始发处，为8.8 m，为保证顺利安全掘进，设立了150 m（前100环）的试验段推进，采集优化各类施工参数，作为隧道防漏、防浮、防沉等措施的主要参数[1～2]；此外，通过加强地表沉降监测，确保盾构安全通过，保证工程的顺利完成。

3.1 土压参数

在始发段土压控制在20～40 kPa，出加固区进入淤泥质土层后，土压控制在100～120 kPa。见图2。

图2 欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线百环土压参数

始发端头井采用ϕ850 mm@600 mm搅拌桩+ϕ800 mm@600 mm高压旋喷桩加固，加固范围为盾构区间上下左右各3 m，加固长度13 m。1～4环处于端头井加固区域内，始发初期，土压未及时建立，因此相对较小；5环拼装完成，刀盘进入淤泥层后，随着覆土深度的增大，土压建立且逐渐稳定。

3.2 掘进速度

推进速度在端头加固区内较小，出加固区后逐渐增大。1～4环速度控制在15～20 mm/min；5环管片拼装完成后，为保证地表稳定，推进速度控制30～50 mm/min。见图3。

图3 欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线百环掘进速度

始发段属于浅埋地段，考虑到反力架及负环的影响，1～4环尽量减小推力，降低推进速度；刀盘进入淤泥质土层后，由于土质松散，端头土体易发生失稳、地层塌陷等情况，为防止刀盘前段的地表沉降，将掘进速度适当提高，但不得超过上限。

3.3 盾构推力

加固土体内盾构推力较大，为13 500 kN；5环拼完，刀盘出加固区后推力迅速降低且保持在6 000～11 500 kN范围内，较为稳定。见图4。

图4 欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线百环盾构推力

经现场取芯检测，端头井加固区域土体28 d无侧限抗压强度＞1.0 MPa，渗透系数＜10-7cm/s[3]，加固效果较好，土体强度高，造成盾构推力较大；盾构出加固区域，进入淤泥质土层，其强度、韧性适中，推力适当减小。

3.4 盾构扭矩

前4环刀盘扭矩处于上升状态，保持在2 000～2 600 kN·m；刀盘出加固土体进入淤泥质土层后，扭矩下降，保持在1 000～2 000 kN·m，个别掘进环数值有一定突变。见图5。

图5 欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线百环刀盘扭矩

始发段土体加固区由于水泥搅拌桩强度较高，刀盘扭矩较大，加入泡沫后，渣土得以改良，扭矩数值下降；出加固土体进入淤泥层后，土层较为稳定，刀盘扭矩控制范围变化较小，排土顺畅。由于百环范围内存在含黏性粉砂地层，造成个别扭矩突变。

3.5 同步注压力

同步注浆压力在百环范围内波动较为稳定，注浆压力保持在150～200 kPa。见图6。

图6 欣嘉园站—欣嘉园北站区间右线百环同步注浆压力

盾构始发段土体加固区覆土埋深较浅，注浆压力较小；出加固区后，随着隧道埋深的增加，注浆压力逐步上升。

3.6 参数总结

百环施工段掘进施工的最佳参数见表1。

表1 百环掘进参数

4 实施效果

通过对百环参数的不断调整，从现场实施情况看，监测数据稳定、管片拼装质量较好，管片水平及垂直偏差小，隧道成型质量较好，主要表现如下：

1）地表累计沉降最大处为第60环，沉降值为-16.9 mm；隆起最大处为第30环，隆起值为5.3 mm；累计变化量都控制在10～-30 mm，符合设计及规范要求，地面沉降基本趋于稳定；

2）对前100环管片拼装质量进行抽检，纵向最大环缝错台5 mm（96环），径向最大错台4 mm（85环），满足规范要求[4]；

3）对百环隧道的平面位置以及轴线高程进行了测量，平面偏差数值在-15～11 mm，最大水平偏差为第38环，偏左15 mm；高程偏差数值在-23～32 mm，最大高程偏差为第3环，偏上32 mm，隧道轴线水平和高程合格率100%。

5 结论

1）通过对加固区及出加固区掘进参数的优化，做到进尺量与出土量平衡，减少对掌子面前方土体的扰动，进而保持土压平衡。

2）根据地表沉降监测及隧道内管片渗漏水情况合理进行二次注浆，采用注浆量与注浆压力双控；此外，掘进过程中，须保证注浆量与进尺量的平衡，防止盾尾地层空隙填充不密实。

3）掘进过程中加强监测，通过监测数据来指导实际操作，根据监测数据不断对土压参数、掘进速度、盾构推力、刀盘扭矩、同步注浆压力等进行调整，最大程度减少地层损失。