盾構(gòu)穿越秦淮新河風(fēng)險(xiǎn)控制

周曉華

(南京重大路橋建設(shè)指揮部，江蘇南京210019)

盾構(gòu)穿越秦淮新河風(fēng)險(xiǎn)控制

周曉華

(南京重大路橋建設(shè)指揮部，江蘇南京210019)

南京河西地區(qū)主要地層為高富水性砂層，且秦淮新河的大堤未有水泥土加固。大堤本身對(duì)沉降要求較高，盾構(gòu)穿越時(shí)大堤沉降極難控制?，F(xiàn)詳細(xì)敘述盾構(gòu)機(jī)在穿越秦淮新河時(shí)對(duì)地面沉降控制的主要施工技術(shù)措施。

高富水性;砂層;穿越大堤;沉降控制

0 前言

盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中，地表的建筑物及地底的構(gòu)筑物對(duì)地面沉降有較高的要求，以免盾構(gòu)推進(jìn)過程中引起地面沉降對(duì)建筑物或者構(gòu)筑物造成差異沉降而導(dǎo)致被破壞。

本文詳細(xì)敘述了南京寧和城際軌道交通一期土建工程TA05標(biāo)新梗街-2號(hào)盾構(gòu)井區(qū)間盾構(gòu)穿越秦淮新河時(shí)的過程控制。施工隊(duì)采取了多種措施有效地控制了地面沉降，順利地穿越秦淮新河及其大堤。

1 施工概況

1.1 工程簡述

新梗街站-2號(hào)盾構(gòu)井區(qū)間隧道工程是南京寧和城際軌道交通一期工程土建施工NH-TA05標(biāo)的重要組成部分。包括區(qū)間隧道單圓盾構(gòu)推進(jìn)區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道等土建工程，主要有盾構(gòu)掘進(jìn)施工、聯(lián)絡(luò)通道及泵站、車站端頭井盾構(gòu)始發(fā)及到達(dá)地基加固等。

該項(xiàng)工程將采用兩臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行區(qū)間隧道的施工，先后從新梗街站南端頭井始發(fā)，推進(jìn)至2號(hào)盾構(gòu)井。生產(chǎn)設(shè)施布置在新梗街站內(nèi)。

1.2 工程地質(zhì)

新梗街站-2號(hào)盾構(gòu)井區(qū)間隧道穿越秦淮新河段主要涉及土層為②2b4、②2d3-4、②3d3、②4d2。 其中秦淮河道與隧道之間主要為②2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，富水性好，透水性差。各地層特征及物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所列。

1.3 穿越秦淮新河及其防汛墻情況

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙反應(yīng)新梗街站-2號(hào)盾構(gòu)井區(qū)間隧道盾構(gòu)在DK13+410～DK13+710時(shí)穿越秦淮新河。秦淮新河河深8.2 m，底部標(biāo)高為0.15 m，距隧道頂部距離為6.704 m。

秦淮新河航道位于寧和城際區(qū)間里程ZDK13+470.000～ZDK13+510.000，交叉范圍約40.0 m，平面交角88°，距離江蘇省秦淮新河閘平面距離68.219 m;秦淮新河航道設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5 m(吳淞高程)，距離寧和城際區(qū)間拱頂最小距離6.7 m。秦淮新河大堤為回填土回填而成，無基礎(chǔ)。圖1、圖2分別為秦準(zhǔn)新河北岸大堤平面圖和剖面圖。

2 穿越秦淮新河過程中遇到的問題

(1)在秦淮新河河底掘進(jìn)過程中，由于地層的高富水性和高滲透性，隧道內(nèi)管片出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象［1］。

(2)由于土質(zhì)較軟，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，出現(xiàn)磕頭下沉現(xiàn)象，導(dǎo)致盾構(gòu)軸線極難控制。

(3)在穿越秦淮新河大堤過程中，需解決大堤沉降控制問題。

3 主要施工技術(shù)措施

(1)發(fā)現(xiàn)了隧道有滲漏水現(xiàn)象后，優(yōu)化了管片防水設(shè)置，起到了立竿見影的效果。

(2)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)的同時(shí)，增加了殼體注漿的措施。

3.1 管片防水優(yōu)化

管片環(huán)面不設(shè)凹凸榫，單環(huán)管片縱縫間設(shè)凹凸榫。

設(shè)計(jì)要求環(huán)接縫止水帶防水，止水帶采用EPDM(三元乙丙)密封墊［2］，如圖3所示。

在每塊管片原有的止水帶的內(nèi)側(cè)增設(shè)一條3 cm寬的遇水膨脹止水條［3］，材料為遇水膨脹橡膠，如圖4所示。通過增設(shè)此道止水條能大幅減小成型隧道管片間的滲漏水現(xiàn)象。

3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)主要參數(shù)控制

將推進(jìn)前的20環(huán)作為盾構(gòu)穿越秦淮新河的試推進(jìn)階段。在這個(gè)階段中，在前期的掘進(jìn)施工中，通過施工實(shí)踐不斷優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)控制地表變形，減少對(duì)地面的影響，緊密依靠地表變形監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，不斷完善施工工藝，將施工后地表變形量控制在最小范圍內(nèi)。

表1 工程地質(zhì)特征描述一覽表

圖1 秦淮新河北岸大堤平面圖

圖2 秦準(zhǔn)新河北岸大堤剖面圖

圖3 EPDM(三元乙丙)密封墊樣品實(shí)景

圖4 遇水膨脹止水條樣品實(shí)景

盾構(gòu)穿越過后的10環(huán)作為盾構(gòu)穿越秦淮新河及其大堤后的沉降穩(wěn)定階段，在此期間仍需要對(duì)大堤進(jìn)行密切監(jiān)測。如果大堤出現(xiàn)較大的沉降應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行注漿保護(hù)。

3.2.1 平衡壓力值的設(shè)定原則

盾構(gòu)在穿越秦淮新河及其防汛墻前后存在覆土的突變，因此在盾構(gòu)掘進(jìn)前根據(jù)覆土深度的變化，必須對(duì)平衡壓力設(shè)定的差值有一個(gè)理論上的認(rèn)識(shí)，在盾構(gòu)穿越秦淮新河及其防汛墻前后，及時(shí)對(duì)設(shè)定平衡壓力進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)地質(zhì)情況及隧道埋深等情況，進(jìn)行理論計(jì)算切口平衡壓力:

式中:P---平衡壓力(包括地下水);

γ---土體的平均重度;

h---隧道中心埋深;

k0---土的側(cè)向靜止平衡壓力系數(shù)。

盾構(gòu)在掘進(jìn)施工中均可參照以上方法來取得平衡壓力的設(shè)定值。具體施工設(shè)定值根據(jù)盾構(gòu)埋深、所在位置的土層狀況，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的調(diào)整。

3.2.2 推進(jìn)出土量控制

每環(huán)理論出土量=π/4×D2×L=π/4× 6.442×1.2=39.068(m3/環(huán))。

盾構(gòu)推進(jìn)出土量控制在98%～100%之間。即38.287m3/環(huán)～39.068m3/環(huán)。

3.2.3 推進(jìn)速度

在穿越秦淮新河及其防汛墻的過程中，盾構(gòu)推進(jìn)速度不宜過快，以1～2 cm/min為宜，避免由于推進(jìn)速度過快造成對(duì)土體的過分?jǐn)D壓，從而導(dǎo)致盾構(gòu)切口與河底貫穿。盾構(gòu)推進(jìn)過程速度保持穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越，減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)前方土體造成的擾動(dòng)，減少對(duì)河底及其防汛墻結(jié)構(gòu)的影響。

3.2.4 盾構(gòu)軸線及地面沉降量控制

盾構(gòu)軸線控制偏離設(shè)計(jì)軸線不得大于± 50 mm［4］;施工隊(duì)考慮到后期隧道上浮等因素，決定盾尾高程處于-30 mm左右，采取此措施后，隧道后期上浮后也在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

3.2.5 實(shí)際參數(shù)

表2為施工隊(duì)右線盾構(gòu)機(jī)在穿越秦淮新河北岸大堤時(shí)的技術(shù)參數(shù)。由于大堤是一個(gè)斜坡，覆土逐漸減少，施工隊(duì)設(shè)定的土壓力也根據(jù)覆土逐漸降低。此時(shí)地面沉降也基本保持不變［2］。

3.2.6 同步注漿控制

根據(jù)大堤沉降要求，秦淮新河大堤地面累積沉降量控制在+10 mm～-30 mm。為了填充盾構(gòu)穿越過后管片與土體間的建筑間隙，需進(jìn)行同步注漿。

該標(biāo)段所使用的盾構(gòu)機(jī)外徑Φ6.44 m，管片外徑為Φ6.2 m。每一環(huán)的建筑空隙為:1.2×π (6.442-6.22)/4=2.85(m3)。每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的150%～200%左右，即每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為4.2～5.7m3。由于河西高富水性的砂層中，同步漿液損耗的量更大，經(jīng)過前20環(huán)試推進(jìn)段的實(shí)驗(yàn)，每環(huán)同步漿液使用量為7 m3，建筑空隙為245%。同步注漿配比(重量比)如表3所列。

3.3 殼體注漿

由于河西地質(zhì)偏軟，每掘進(jìn)一環(huán)，盾構(gòu)機(jī)整體會(huì)有1 cm～2 cm的下沉，這使得隧道軸線控制極其困難。后施工隊(duì)于盾構(gòu)殼體千斤頂根部上開設(shè)8個(gè)注漿孔，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中進(jìn)行殼體注漿，有效地改善了盾構(gòu)機(jī)下沉的現(xiàn)象。

3.3.1 殼體注漿孔位置

殼體注漿孔開設(shè)于盾構(gòu)機(jī)千斤頂根部，具體位置如圖5所示。

3.3.2 殼體注漿壓注方式

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，根據(jù)自動(dòng)測量數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)有下沉現(xiàn)象，及時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)底部兩個(gè)殼體注漿孔進(jìn)行壓注漿液，如盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定后停止壓注，再出現(xiàn)下沉現(xiàn)象繼續(xù)壓注漿液，如此反復(fù)。

表2 盾構(gòu)實(shí)際參數(shù)表

表3 同步注漿配比(重量比)一覽表(單位:k9/ m3 )

圖5 殼體注漿口示意圖

3.3.3 漿液配比(見表4)

表4 殼體注漿配比(重量比)一覽表(單位:k9/m3)

此漿液能在初期就具有較高的屈服值，同時(shí)壓縮性和泌水性小，其特點(diǎn)為大比重、高抗剪、低稠度，能有效地“拖”。從而防止盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。壓漿時(shí)必須指派專人負(fù)責(zé)，對(duì)壓入位置、壓入量、壓力值均作詳細(xì)記錄。

通過試推進(jìn)段的實(shí)驗(yàn)，證明了殼體注漿對(duì)地面沉降的控制效果明顯。

4 結(jié)語

(1)寧和城際TA05標(biāo)在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，通過殼體注漿，有效地控制了隧道軸線，盾構(gòu)軸線平面控制在+5～+20之間，高程控制在-35～+1之間。均符合設(shè)計(jì)的要求，如表5所列和圖6所示。

表5 盾構(gòu)推進(jìn)實(shí)際參數(shù)表

圖6 盾構(gòu)穿越秦淮河大堤軸線示意圖

(2)通過優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)，以及優(yōu)化盾構(gòu)同步注漿，將整個(gè)地面沉降控制在1 cm之內(nèi)。地面沉降如圖7所示和表6所列。

圖7 秦淮新河北岸大堤地面沉降曲線圖

表6 盾構(gòu)推進(jìn)中沉降參數(shù)表(單位:mm)

(3)同時(shí)，隧道內(nèi)無滲漏水現(xiàn)象，如圖8所示。

圖8 隧道內(nèi)實(shí)景

寧和城際TA05標(biāo)在施工過程中，考慮全面，合理安排好工序。在施工過程中，將各道工序執(zhí)行到位，上下一心，全力做好自己的本職工作，對(duì)工程順利的完成奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也可供同類工程參考。

［1］ GB50652-2011，城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范［S］.

［2］ GB50108-2008，地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ GB50208-2011，地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程［S］.

［4］ GB20446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S］.

U455.43

B

1009-7716(2015)04-0142-04

2015-01-17

周曉華(1975-)，男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，從事特大型橋梁、軌道交通等工程的建設(shè)管理工作。