盾構(gòu)隧道穿越水底淺覆土施工技術(shù)對(duì)策分析

閆 國(guó) 華

(山西交通控股集團(tuán)有限公司呂梁北高速公路分公司，山西 呂梁 033000)

1 水底隧道容易出現(xiàn)的問(wèn)題

在20世紀(jì)70年代以后，盾構(gòu)隧道的淺覆土施工技術(shù)產(chǎn)生了很大程度上的進(jìn)展，土壓、泥水以及氣壓等平衡盾構(gòu)的辦法不斷出現(xiàn)，讓軟土的長(zhǎng)距離隧道變成了現(xiàn)實(shí)。但是，盾構(gòu)辦法的水下隧道施工的過(guò)程中，依然面臨著一系列的難題與風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 淺覆土經(jīng)常出現(xiàn)冒頂通透水流的問(wèn)題

要想有效降低線路坡度，通常情況下，河底段的覆土情況非常淺。例如，修建的黃浦江復(fù)興東路到大連路的隧道，其最淺的覆土只有5.5 m，不到盾構(gòu)的一半直徑。德國(guó)的第四條易北河盾構(gòu)隧道直徑主要是12.33 m，其最為困難的土層埋深是7 m。在這樣比較淺的覆土，高水頭壓的現(xiàn)象下，大刀盤(pán)的土壓很難平衡。河水經(jīng)常會(huì)在土體的裂縫中用過(guò)開(kāi)口以及盾尾流入到盾構(gòu)機(jī)，進(jìn)而出現(xiàn)盾構(gòu)淹水的情況，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)機(jī)器損壞或者是人員傷亡的事故。

1.2 隧道出現(xiàn)上浮的情況

在水域中比較淺的覆土中進(jìn)行盾構(gòu)的推進(jìn)，其上下所受的力并不均衡，并且盾構(gòu)的姿態(tài)也上揚(yáng)，出現(xiàn)隧道上浮以及壓坡困難的情況，很難對(duì)其軸線進(jìn)行控制。

經(jīng)過(guò)拼裝完成之后的隧道環(huán)在與盾尾脫開(kāi)之后，因?yàn)樯喜糠值膲毫εc自重沒(méi)有辦法抵抗浮力，造成隧道出現(xiàn)上浮的情況，如若沒(méi)有采取加固的措施，便容易造成隧道出現(xiàn)部分開(kāi)裂或者是漏水的情況。

1.3 流砂與管涌方面的問(wèn)題

在砂土這樣容易液化的土層中進(jìn)行施工，因?yàn)槎軜?gòu)推動(dòng)大刀盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，其水頭的壓力比較高，液化的砂土便會(huì)隨著盾尾滲入到隧道中，如果不采取相應(yīng)的對(duì)策，便會(huì)出現(xiàn)隧道的地基出現(xiàn)局部掏空的情況，使隧道下沉。

1.4 選擇盾構(gòu)方面的問(wèn)題

通常情況下，水域隧道在施工的過(guò)程中主要使用氣壓盾構(gòu)以及泥水盾構(gòu)的辦法，對(duì)土體開(kāi)挖的穩(wěn)定性與可靠性進(jìn)行保障，但是，全氣壓盾構(gòu)對(duì)其操作人員產(chǎn)生著十分不利的影響，尤其是對(duì)他們的身體健康情況來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行全氣壓盾構(gòu)的工作人員十分容易出現(xiàn)關(guān)節(jié)炎以及氣壓病等，并且水泥盾構(gòu)的造價(jià)較為高昂，與我國(guó)實(shí)際的國(guó)情之間并不相符。

我國(guó)高速公路與地鐵的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了高峰階段，大部分線路沒(méi)有辦法避開(kāi)湖泊與河道等，因此，盾構(gòu)隧道穿越水底淺覆土施工技術(shù)對(duì)河底隧道的建設(shè)產(chǎn)生著十分重要的意義。

2 河底隧道抗浮控制

在隧道穿過(guò)飽和土層的時(shí)候，會(huì)在很大的程度上被水的浮力所影響，在其浮力超出隧道的覆土重量與自重的時(shí)候，隧道便會(huì)出現(xiàn)上浮的情況。在管片與盾尾脫離的時(shí)候，隧道便會(huì)被漿液所包圍，被漿液的浮力所影響比在飽和的土體中所遭受的浮力要大。與此同時(shí)，盾構(gòu)推動(dòng)土方的挖出造成地基卸載，經(jīng)過(guò)拼裝的隧道會(huì)被地基回彈所影響而向上，進(jìn)而偏離了中心的軸線，在地基與浮力公共的作用之下，隧道的覆土便會(huì)出現(xiàn)隆起的情況，如若最大的隆起沒(méi)有被有效控制，覆土層便會(huì)出現(xiàn)被頂裂的情況，進(jìn)而形成透水的裂縫，而河水沿著裂縫會(huì)滲入到盾尾，進(jìn)而對(duì)隧道的施工情況產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響。

3 盾構(gòu)穿越水底淺覆土施工技術(shù)對(duì)策

在水底淺覆土的厚度存在某些問(wèn)題的時(shí)候，應(yīng)該使用水底覆土加固的對(duì)策，經(jīng)常使用的辦法主要有三種，分別是水底拋土增加覆土層的厚度、水底進(jìn)行注漿加固以及設(shè)置抗浮板防止隧道上浮。

3.1 全面增加覆土層的厚度

利用水底拋土有效增加覆土層的厚度，通常情況下，這樣的辦法主要用在深水的隧道加固方面，其中，主要包含德國(guó)的易北河隧道加固情況，其一方面可以滿足隧道的安全性以及盾構(gòu)推進(jìn)的最小的覆土層厚度，另一方面也能夠有效節(jié)省成本，使其更加的簡(jiǎn)便易行。

3.2 水底進(jìn)行注漿加固

因?yàn)榕潘c航運(yùn)的相關(guān)要求，在淺水的河道中對(duì)隧道淺覆土的情況進(jìn)行加固，不應(yīng)該使用河道拋土的方法。所以，抗浮板的設(shè)置以及水底的注漿加固主要是淺水河道進(jìn)行加固的第一選擇。經(jīng)過(guò)注漿，河底的覆土出現(xiàn)了不透水的一層硬殼層，與此同時(shí)，當(dāng)覆土層是不透水層的時(shí)候，河水壓力便會(huì)在覆土層進(jìn)行作用，防止隧道出現(xiàn)上浮的情況，使用覆土層的實(shí)際重量對(duì)浮重度進(jìn)行替代，也可以提高隧道覆土層的重量，防止隧道出現(xiàn)上浮的情況，使覆土層的厚度得以減少。

3.3 設(shè)置抗浮板，防止出現(xiàn)隧道上浮的情況

對(duì)于比較淺的覆土層位置來(lái)說(shuō)，既需要重視注漿的加固，也應(yīng)該對(duì)抗浮結(jié)構(gòu)進(jìn)行加設(shè)，例如，抗浮板以及抗拔樁等，主要使用在盾構(gòu)推進(jìn)方面的土體出現(xiàn)側(cè)向壓力的平衡方面，讓盾構(gòu)推進(jìn)力變得更加科學(xué)與合理，并且能夠及時(shí)且快速的通過(guò)水下的危險(xiǎn)區(qū)域。

4 工程實(shí)例

南京地鐵的一期工程項(xiàng)目的試驗(yàn)段是從飲馬巷到三山街，主要由四部分構(gòu)成，分別是暗埋段、敞開(kāi)段、盾構(gòu)的工作井以及盾構(gòu)段，盾構(gòu)段的長(zhǎng)度主要是679.35 m，此次施工的重點(diǎn)作業(yè)便是穿過(guò)秦淮河段，盾構(gòu)所穿過(guò)的河道寬度主要是16.8 m，河底到隧道頂部的距離主要是0.97 m，沒(méi)有達(dá)到隧道直徑的1/6，其是最為典型的淺覆土層隧道施工的主要例子。

4.1 最小覆土層的厚度

要想保障盾構(gòu)的正常推進(jìn)，其最小的覆土層厚度主要是2.83 m，而隧道抗浮所需要的最小的覆土層的厚度主要是4.06 m，所以應(yīng)該采取相應(yīng)的水底加固對(duì)策。

4.2 加固對(duì)策

此工程項(xiàng)目由于航道與疏浚的相關(guān)要求，使用抗浮板以及抗拔樁加設(shè)以及河底注漿的辦法。抗浮板與抗拔樁能夠有效避免隧道出現(xiàn)上浮的情況，并且可以在盾構(gòu)推進(jìn)的時(shí)候?yàn)槠涮峁┓戳Ρ苊舛軜?gòu)出現(xiàn)上漂的情況。注漿的深度主要是底板之下的7 m，使用A，B液，A液主要是水灰0∶7的水泥漿，而B(niǎo)液主要是水玻璃，在將A，B液體進(jìn)行混合之后，其初凝的時(shí)間應(yīng)該控制在90 s左右，注漿的目的主要是有效避免盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中河水經(jīng)過(guò)淺覆土層的縫隙進(jìn)行倒灌，進(jìn)而造成工程項(xiàng)目出現(xiàn)事故。除此之外，在盾構(gòu)機(jī)與抗浮板之間形成比較堅(jiān)硬的介質(zhì)層，把盾構(gòu)推進(jìn)形成的壓力或者是隧道出現(xiàn)上浮情況，把這樣的浮力傳輸給抗浮板。

4.3 盾構(gòu)施工技術(shù)

盾構(gòu)穿越到水底之前，應(yīng)該組織監(jiān)理、施工企業(yè)以及監(jiān)測(cè)企業(yè)等對(duì)盾構(gòu)的姿態(tài)實(shí)施復(fù)測(cè)，把盾構(gòu)調(diào)整至最佳的狀態(tài)中，盾構(gòu)在進(jìn)入到河底之后應(yīng)該維持其掘進(jìn)的平穩(wěn)性，減少糾偏的出現(xiàn)，降低對(duì)土體的干擾，其出土量應(yīng)該維持在97%，盾尾的油脂在加注的過(guò)程中防止出現(xiàn)涌水的情況，對(duì)注漿壓力進(jìn)行有效控制，防止壓力過(guò)高使?jié){液殘留在密封區(qū)域中，土倉(cāng)所設(shè)置的壓力對(duì)靜止壓力的改變不斷進(jìn)行調(diào)整，讓其維持在被動(dòng)和靜止壓力之間，防止出現(xiàn)欠挖或者是超挖的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)淺覆土層河道的隧道施工過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)隧道全線的水文以及水質(zhì)情況進(jìn)行平衡考慮，之后應(yīng)該根據(jù)選擇的機(jī)型和河道覆土情況、航道要求等采用一系列的施工對(duì)策，保障施工的安全性，并且保障未來(lái)隧道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)水底的淺覆土層隧道施工的過(guò)程中應(yīng)該利用土壓盾構(gòu)機(jī)，進(jìn)而對(duì)覆土層的厚度進(jìn)行驗(yàn)算。