盾構上跨既有線路砂層掘進技術研究

張 浩

中建八局軌道交通建設有限公司

盾構上跨既有線路砂層掘進技術研究

張 浩

中建八局軌道交通建設有限公司

隨著地鐵建設的發(fā)展，盾構穿越既有運營地鐵技術廣泛應用，而不良地質穿越既有線路的情況也越來越多，確保既有線路正常運營以及盾構安全順利穿越變得尤為重要。本文結合實際工程的成功經(jīng)驗，對盾構施工過程中的控制措施進行探討分析。

盾構；既有線路；砂層；施工措施

1 工程概況

深圳地鐵9號線西延線科技城站～紅樹灣站區(qū)間，隧道采用Ф6280mm盾構機進行施工，成環(huán)隧道外徑Φ6.0m，內(nèi)徑Φ5.4m。

線路臨近11號線既有線，始發(fā)端頭井左側離11號線最小水平間距為2.31m，右側為1.57m。11號線運營隧道所在的地層為礫質粘性土層，施工的線路地層為〈3-5〉礫砂層。同時，附近地層所多次擾動，地層的自穩(wěn)能力降低、軟化。

圖1 穿越地段地質縱剖面圖

2 主要施工技術措施

(1)采用土壓平衡模式掘進，進行開挖面穩(wěn)定計算，設定合理的掘進參數(shù)，控制盾構機姿態(tài)，控制土壓力以穩(wěn)定開作面，控制地表沉降，將施工對地層的影響減到最小。

1)掘進過程土倉頂部壓力控制在1.5-1.7bar，掘進速度控制在20-40mm/min以上，出土量不得大于47m3(考慮1.3-1.5倍的松散系數(shù)為61-71m3)，施工過程中以每掘進30cm出一斗渣計量；

2)盾構機姿態(tài)保持向上，趨勢控制在范圍±4。

3)掘進的過程必須盡可能的快，中間盡量減少停滯時間。

4)在掘進接近1600mm時根據(jù)土倉頂部壓力減少或不出土，以使掘進至1800mm時土倉頂部壓力達到1.5bar～1.7bar范圍。

(2)注入泡沫劑

富水砂層中掘進可適量往土倉加入發(fā)泡劑，但必須根據(jù)實際情況嚴格控制發(fā)泡劑配比及加入量。泡沫溶液的組成：泡沫添加劑2%，水97%。泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開挖方量計算。

(3)保持連續(xù)掘進，減少盾構機停頓時間。

(4)適當縮短漿液膠凝時間，保證注漿質量。

富水砂層注砂漿極易往外擴散，在掘進過程需根據(jù)注漿壓力(0.2～0.3MPa，一般而言，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水、土壓力，)和地面情況及時調(diào)整注漿量(一般為建筑間隙的150%～200%，根據(jù)監(jiān)測情況，如地面變形較大，注漿量調(diào)整為250%)，對管片背后對稱均勻壓注。注漿的標準是確保脫出盾尾的管片背后的空隙能填滿，這不僅可降低后期地面的沉降，也對管片防水起到一定有利作用。

(5)運用導向系統(tǒng)和分區(qū)操控推進油缸，控制盾構姿態(tài)，防止盾構抬升。

富水砂層的承重能力較低，加上盾構機在掘進過程中的震動，姿態(tài)較易往下沉。因此在地層中盾構機的姿態(tài)易保持向上，但趨勢易控制在±4。若出現(xiàn)機頭往下掉的情況，需及時通過千斤頂行程調(diào)節(jié)姿態(tài)。調(diào)節(jié)不可過急，可通過千斤頂行程及調(diào)整K塊管片拼裝位置兩者結合來調(diào)節(jié)；不然會使得盾尾間隙過小，造成管片錯臺。

為保證推進方向的準確可靠，每周至少進行兩次人工測量，以校核自動導向系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構掘進方向的正確。

(6)渣土改良：在砂土和沙礫等砂質土地層中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水豐富，土的透水系數(shù)也較高，依靠、削土的土壓力保持開挖面上的壓力(地下水壓力和開挖面土壓力)是很困難的。另外，通過開挖土體來很難保證出土的流動性，在這種砂性土的地層中，單純依靠出土閘門等機械控制很難保證開挖面的穩(wěn)定，所以在開挖面上加壓或注入化學聚合物、泡沫劑、膨潤土等材料，進行充分攪拌，改良切削下來的渣土性質，保證砂土的流動性和止水性，以求開挖面的穩(wěn)定，防止噴涌、冒頂?shù)取?/p>

(7)加強監(jiān)測工作，加強測量和監(jiān)測的頻率，并及時調(diào)整盾構姿態(tài)，在進入砂層100環(huán)范圍采集數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集情況適當將軸線降低掘進。，及時反饋監(jiān)測信息加強地面的沉降、洞內(nèi)的管片上浮、收斂等監(jiān)測，及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整相應掘進參數(shù)，以保證盾構掘進施工安全及成型隧道質量。

3 盾構機過砂層前的維修與保養(yǎng)

(1)盾尾密封的維護

由于砂層段富含地下水，隧道斷面上部巖層軟弱，為了確保盾尾密封的有效性，在通過砂層段使用質量較好的盾尾密封脂，并且增大密封脂的使用數(shù)量，盾尾密封脂必須在掘進過程中不間斷注入。

(2)其它部位的維修與保養(yǎng)

在通過砂層前要立即對盾構機的液壓、電氣、水循環(huán)、潤滑、注脂、注漿、泡沫等系統(tǒng)進行檢修，重點內(nèi)容包括：空壓機的檢測與維修、螺旋輸送機閘門檢測與維修、注脂系統(tǒng)的檢測與維修、管片拼裝機的檢測與維修、泡沫系統(tǒng)的檢測與維修、對液壓系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測。檢查泵、閥、馬達、油缸、油管路的工作狀態(tài)，對異常元件提前進行更換。盾構機液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測實際上是液壓系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測，盾構機液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的參數(shù)是系統(tǒng)的工作壓力、溫度、流量以及運轉時的聲音等。液壓系統(tǒng)正常工作時，系統(tǒng)參數(shù)都工作在設計和設定值附近。每天都要對這些參數(shù)進行檢查，當這些參數(shù)的范圍突破后，可以認為故障已經(jīng)發(fā)生或將要發(fā)生，必須采取有效防范措施。

4 總結

科紅區(qū)間盾構順利上跨11號線。11號線自動化監(jiān)測及地面沉降監(jiān)測，無異常測值，巡視未發(fā)現(xiàn)異常信息。三維激光掃描顯示，11號線隧道凈空未出現(xiàn)異常變化。通過精心施工，合理設定目標土壓力值，嚴格控制出土量，做好注漿措施，加強變形監(jiān)測等措施，造就了本次盾構成功側穿、上跨既有運營線路。