城區(qū)穿河隧道工程安全施工關(guān)鍵技術(shù)探究

呂 進 趙相業(yè) 顧 全 曹春艷

（1.江蘇省南京市秦淮河河道管理處，江蘇 南京 210012；2.江蘇省勘測規(guī)劃院，江蘇 南京 210024）

目前，我國有很多城市都建有城市地鐵，在建設(shè)過程中，常常會遇到穿越河道和側(cè)穿某建筑物基礎(chǔ)等問題［1-4］。筆者以南京地鐵四號線某區(qū)間盾構(gòu)穿越秦淮河線路工程為例，對地鐵盾構(gòu)隧道穿越河道和側(cè)穿橋墩關(guān)鍵技術(shù)進行探討，并闡述相應(yīng)的施工監(jiān)測技術(shù)。

1 概況

本工程中保站～草場門站區(qū)間盾構(gòu)隧道側(cè)穿草場門橋基礎(chǔ)樁，盾構(gòu)隧道與草場門橋橋墩相對關(guān)系剖面圖見圖1，區(qū)間下穿秦淮河，見圖2，西側(cè)護岸樁樁底距隧道頂最小凈距約10.36 m，東側(cè)護岸鉆孔樁樁基已侵入隧道范圍以內(nèi)，見圖3 和圖4。工程位于秦淮河護坡上，護岸分為三級臺階形式，第一級平臺標(biāo)高為7.3 m，第二級平臺標(biāo)高為6.5 m，第三級臺階處于水位下，平臺標(biāo)高為6.0 m，需處理樁位于第三級臺階邊緣，旋噴樁處于秦淮河河道上，新建鉆孔灌注樁處于二級和三級平臺交接處。其特點：（1）地質(zhì)條件差，地下水位高，場地上部及中下部軟弱粘性土層與底部砂性土及含卵礫石粉質(zhì)粘土滲透性差異較大；（2）隧道側(cè)穿草場門橋橋墩，最小凈距為2.1 m；（3）隧道穿越秦淮河，洞頂埋深只有8.4 m；（4）隧道穿越秦淮河護坡段，且東側(cè)護坡段侵入隧道范圍；（5）本工程所處的秦淮河為南京市形象建設(shè)重點，環(huán)境保護要求高。

2 施工中關(guān)鍵技術(shù)

2.1 護坡處理施工技術(shù)

圖2 盾構(gòu)隧道與秦淮河河床關(guān)系剖面圖

圖3 區(qū)間隧道與東側(cè)護岸平面關(guān)系圖

本區(qū)間邊坡支護采用噴射混凝土干噴工藝，利用壓縮空氣通過軟管輸送到噴射機噴嘴處，與通過呈霧狀的加水環(huán)混合噴射混凝土至施工作業(yè)面，形成臨時性支護結(jié)構(gòu)。護坡施工技術(shù)控制：（1）土釘成孔孔位的允許偏差不大于150 mm，鉆孔的傾角誤差不大于3°，孔徑允許偏差為+20 mm，-5 mm，孔深允許偏差為+200 mm，-50 mm。（2）成孔過程中應(yīng)做好成孔記錄，按土釘編號逐一記載取出的土體特征、成孔質(zhì)量、事故處理等。應(yīng)將取出的土體與初步設(shè)計時所認(rèn)定的土體加以對比，有偏差時應(yīng)及時修改土釘?shù)脑O(shè)計參數(shù)。（3）鉆孔后應(yīng)進行清孔檢查，成孔后應(yīng)及時安設(shè)土釘鋼筋并注漿。（4）向孔內(nèi)注入漿體的充盈系數(shù)必須大于1。（5）注漿用水泥砂漿的水灰比不宜超過0.40～0.45，當(dāng)用水泥凈漿時，水灰比不宜超過0.45～0.50，并宜加入適量的速凝劑等外加劑，以促進早凝和控制泌水。

2.2 原樁清障施工技術(shù)

施工過程中需保證鉆孔垂直度，孔徑和孔形要求。由于施工地點位于秦淮河護坡段，故在施工過程中，要進行全過程觀測，以保證護坡防洪安全。實際施工過程中應(yīng)每天觀測1次，其中監(jiān)測內(nèi)容包括：（1）秦淮河護岸地表沉降。在秦淮河?xùn)|岸三級平臺上分別布置一排沉降觀測點，每個斷面橫向隔5 m 一個點位，一級平臺坡頂布置13 個點位，二級平臺和三級平臺均布置4 個點位。地表沉降監(jiān)測布點應(yīng)使測點樁頂部在突出地面5 mm 以內(nèi)進行地表和地下管線沉降監(jiān)測。測試頻率：護坡樁處理時每天觀測一次；一般情況下，掘進面前后<20 m 時觀測1～2 次/d；掘進面前后<50 m 時觀測1 次/ 2 d；掘進面前后>50 m 時觀測1 次/1 周，但可根據(jù)實際變形情況作適當(dāng)調(diào)整。原則是應(yīng)根據(jù)施工條件和地表沉降情況增加或減少觀測次數(shù)，并隨時將地表觀測信息報告給施工人員。（2）草場門橋橋墩沉降監(jiān)測。在草場門橋其中兩個橋墩上布置點位，草場門橋橋墩觀測頻率與地表沉降觀測頻率相同。

圖4 區(qū)間隧道與東側(cè)護岸立面關(guān)系圖

2.3 盾構(gòu)機下穿秦淮河施工技術(shù)

2.3.1 側(cè)穿草場門橋樁基

2.3.1.1 穿越前準(zhǔn)備

除了按常規(guī)布置沉降觀測點外，在盾構(gòu)推進軸線外側(cè)布置深層測點，在盾構(gòu)機穿越前、穿越中和穿越后對土體及結(jié)構(gòu)的變形進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)合理調(diào)整施工參數(shù)。

2.3.1.2 盾構(gòu)機土平衡壓力設(shè)定

盾構(gòu)掘進前，根據(jù)穿越河道前后覆土深度的突變情況，須在盾構(gòu)穿越河道前后及時調(diào)整設(shè)定平衡壓力。

2.3.1.3 盾構(gòu)機推進速度控制

在穿越河流的過程中，由于河底與隧道的凈距較小，因此，盾構(gòu)推進速度不宜過快，以1～2 cm/min 為宜，避免由于推進速度過快造成對土體過分?jǐn)D壓，從而導(dǎo)致盾構(gòu)切口與河底貫穿冒頂。盾構(gòu)推進過程速度保持穩(wěn)定，嚴(yán)格控制出土量，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越，減少盾構(gòu)推進對前方土體造成的擾動，減少對河底及河堤結(jié)構(gòu)的影響。

2.3.1.4 注漿量和注漿壓力控制

嚴(yán)格控制每環(huán)的壓漿量，并確保同步注漿漿液的質(zhì)量。注漿時，必須嚴(yán)格控制注漿壓力，避免由于注漿壓力過高而擊穿上層覆土。

2.3.1.5 加強盾尾油脂壓注

盾構(gòu)機在進入河底后，須保證盾尾內(nèi)充滿油脂并保持較高壓力，避免孔隙水通過盾尾進入隧道。

2.3.1.6 二次補壓漿

當(dāng)盾構(gòu)穿越后，河堤可能會有不同程度的后期沉降，必須準(zhǔn)備足量的二次補壓漿材料以及設(shè)備，以便及時進行二次補壓漿，有效控制后期沉降，確保安全。

2.3.1.7 盾構(gòu)穿越時的監(jiān)測施工

在盾構(gòu)穿越秦淮河期間，要加密沉降監(jiān)測頻率，盾構(gòu)每推進一環(huán)測量一次地面沉降量。要掌握內(nèi)河潮汐規(guī)律，測量水深，將結(jié)果反饋盾構(gòu)施工，以便盡量準(zhǔn)確地計算出平衡壓力的理論設(shè)定值。

2.3.1.8 施工風(fēng)險控制

盾構(gòu)穿越河流時，每環(huán)的壓注量初定為36 kg。同時要注意控制同步注漿的壓力，以免漿液竄入盾尾，造成盾尾密封裝置被擊穿。在盾構(gòu)工作面應(yīng)配置適量的雙快水泥、木楔、回絲、海綿等堵漏材料及工具。

2.3.2 盾構(gòu)穿越東西護岸

2.3.2.1 穿越前施工參數(shù)摸索

在盾構(gòu)穿越前一定范圍內(nèi)，分別設(shè)定不同的施工參數(shù)，模擬穿越建筑物的工況條件，查看在各種參數(shù)控制下盾構(gòu)機推進影響情況，從而總結(jié)出穿越護坡的最佳施工參數(shù)，特別是盾構(gòu)的同步注漿以及二次注漿的參數(shù)。

2.3.2.2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面平衡壓力

盾構(gòu)在穿越的過程中，必須嚴(yán)格控制切口平衡土壓力，使得盾構(gòu)切口處地層有微小的隆起量來平衡盾構(gòu)背土?xí)r的地層沉降量。同時，必須嚴(yán)格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù)，如：出土量、推進速度、總推力、實際土壓力圍繞設(shè)定土壓力波動的差值等。防止過量超挖、欠挖，盡量減少平衡壓力的波動。

2.3.2.3 嚴(yán)格控制盾構(gòu)的推進速度

在盾構(gòu)到達秦淮河前，降低推進速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)方向，及時調(diào)整盾構(gòu)推進參數(shù)，確保盾構(gòu)機平穩(wěn)穿越，保證施工影響范圍內(nèi)地層損失率≤3‰。施工時，推進速度不宜過快，如果推進得過快，則刀盤開口斷面對地層的擠壓作用相對明顯，會使地層應(yīng)力來不及釋放，正常推進時速度應(yīng)控制在2～3 cm/min。

2.3.2.4 嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量

在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，應(yīng)使盾構(gòu)均衡勻速施工，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻。每隔5環(huán)檢查管片超前量，隧道軸線和折角變化不能超過0.2%。盾構(gòu)時采用穩(wěn)坡法、緩坡法推進，以減少盾構(gòu)施工對地面的影響。減少每環(huán)糾偏量，從而減小建筑孔隙。提前糾偏過程中必須保持良好的盾構(gòu)姿態(tài)，施工階段盾構(gòu)軸線偏差不得超過50 mm。

2.3.2.5 嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量

嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，通過同步注漿及時充填建筑空隙，減少施工過程中的土體變形。每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的200%～250%，泵送出口處的壓力應(yīng)控制在周邊水土壓力大小左右。壓漿屬一道重要工序，應(yīng)專門成立注漿班對壓入位置、壓入量、壓力值作詳細(xì)記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整，在確保施工質(zhì)量的前提下，方可進行下一環(huán)的推進施工。

2.3.2.6 二次補壓漿

當(dāng)盾構(gòu)穿越過后，受隧道影響的橋墩會有不同程度的后期沉降。因此，必須準(zhǔn)備足量的二次補壓漿材料以及設(shè)備，根據(jù)后期沉降觀測結(jié)果，及時進行二次補壓漿，以便能有效控制后期沉降。

2.3.3 盾構(gòu)施工監(jiān)測

盾構(gòu)下穿秦淮河工程采用全過程監(jiān)測控制。

2.3.3.1 秦淮河護岸地表沉降

秦淮河護岸縱向每10 m 布置一個斷面監(jiān)測點，每個斷面橫向隔5 m一個點位；護岸以外每20 m 布置一個監(jiān)測斷面，每個斷面隔5 m 一個點位。測試頻率：護坡樁處理時每天觀測一次；一般情況下，掘進面前后＜20 m 時觀測1～2 次/d；掘進面前后＜50 m 時觀測1 次/2 d；掘進面前后＞50 m 時觀測1 次/1 周，但可根據(jù)實際變形情況作適當(dāng)調(diào)整。

2.3.3.2 草場門橋橋墩沉降監(jiān)測

草場門橋橋墩觀測頻率與地表沉降觀測頻率相同。

2.3.3.3 拱頂下沉監(jiān)測

沿隧道方向在左右隧道拱頂按5～10 m 間距布設(shè)拱頂下沉測點。測試頻率：開挖距量測斷面前后0～2 B（B為洞徑）時觀測1～2 次/d，2～3 B時觀測1 次/d，3～5 B 時觀測1 次/周。

2.3.3.4 凈空收斂監(jiān)測

在左、右隧道內(nèi)拱按4～7 m 間距布設(shè)水平收斂測點，與拱頂下沉測點在同一斷面內(nèi)。采用坑道式收斂儀進行量測，測試頻率同拱頂下沉監(jiān)測。

2.3.3.5 襯砌環(huán)內(nèi)力及應(yīng)變

在靠近構(gòu)筑物或典型斷面的左、右隧道內(nèi)布設(shè)管片表面應(yīng)力測點，每個斷面沿管片圓環(huán)徑向均勻布設(shè)4個測點。采用鋼筋應(yīng)力計、圍巖土壓力盒和鋼弦式頻率儀進行量測，測試頻率同拱頂下沉監(jiān)測。

2.3.3.6 土體水平位移在靠近構(gòu)筑物或典型斷面處布設(shè)土體水平位移測點，土體水平位移測點距隧道邊線2 m 左右。土體的水平位移孔布設(shè)于盾構(gòu)隧道的兩側(cè)，土體水平位移測點埋設(shè)用鉆機在預(yù)定孔位上鉆孔，將測斜管放入孔中，對好導(dǎo)槽方向，蓋好頂蓋，然后回填密實。

2.3.3.7 圍巖壓力

先根據(jù)預(yù)測的壓力變化幅度確定壓力盒量程。壓力盒采用直接法埋設(shè)在初支與土體、初支與二襯間，采用初支噴混凝土或二襯灌注混凝土后12 h 三次讀數(shù)的平均值作為接觸壓力測試初始值。

3 結(jié)語

（1）通過施工實踐，解決了盾構(gòu)隧道下穿秦淮河側(cè)穿橋墩和下穿河道護坡施工帶來的難題，本地鐵隧道施工進展比較順利，沒有發(fā)生工程事故及其它險情，其施工技術(shù)和措施可為以后類似的工程提供借鑒。

（2）施工動態(tài)信息（施工觀察、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場監(jiān)控量測）反映了盾構(gòu)穿越秦淮河區(qū)間的施工狀態(tài)，能及時評價盾構(gòu)施工的安全度、調(diào)整掘進參數(shù)、控制盾構(gòu)下穿河道施工程序和進度，所以，施工信息的監(jiān)測和收集工作很重要，能及時反饋指導(dǎo)施工。

（3）嚴(yán)格按照設(shè)計施工方案及施工步驟認(rèn)真施工，同時結(jié)合施工反饋信息優(yōu)化施工方案，保持均衡生產(chǎn)是保證施工進度和施工安全的關(guān)鍵。

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