淤泥質(zhì)土地層中盾構(gòu)下穿老海河沉降控制

陳金剛，張兆龍

（北京住總集團有限責任公司，北京 110101）

0 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國各直轄市（省會）城市都在快速建設(shè)地鐵，綜合功能、投資及施工難度等因素，導致地鐵線路不可避免要穿越房屋、橋梁、管線、老河流及湖泊等。土壓平衡盾構(gòu)在淤泥質(zhì)土地層施工過程中，河堤、河底沉降控制是相對復雜的技術(shù)問題，因淤泥質(zhì)土具有較高的靈敏度，觸變、流變特性較大，強度較低，固結(jié)排水時間長，在動力作用下，土體結(jié)構(gòu)極易破壞。施工過程中設(shè)定參數(shù)過高，可能擊穿河底，造成河水倒灌、淹沒隧道，造成巨大損失；設(shè)定參數(shù)過低，沉降過大，也有可能造成河水涌入隧道及河堤開裂。因此，盾構(gòu)穿越河流過程中如何確保隧道及河道安全尤為重要。本文針對淤泥質(zhì)土地層中盾構(gòu)穿越老海河施工過程中施工控制措施展開研究分析。

1 工程概況

1.1 工程概述

天津地鐵1號線東延工程咸水沽北站—雙橋河站區(qū)間為雙洞單線隧道，區(qū)間線路自咸水沽北站直線始發(fā)，沿規(guī)劃海沽道向東鋪設(shè)，依次下穿魚池、養(yǎng)殖場、雙橋河道路及出入段線既有地下結(jié)構(gòu)，而后經(jīng)半徑490m曲線段后轉(zhuǎn)直線下穿老海河進入雙橋河站（見圖1）。本區(qū)間隧道右線起訖里程為DK44+530.393—DK45+465.87，全長935.482m；左線起訖里程為DK44+530.366—DK45+465.875，長鏈29.424m，全長964.933m。區(qū)間線路左右線間距14.80～44.36m。區(qū)間結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度9.98～17.66m。區(qū)間中心里程右DK45+045.384設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道，通道采用凍結(jié)法加固礦山法施工。區(qū)間采用中鐵裝備土壓平衡盾構(gòu)機（直徑6 410mm），盾構(gòu)機總長85m，盾體長9.5m；盾構(gòu)管片（C50P10）內(nèi)徑5.5m，外徑6.2m，襯砌環(huán)全環(huán)由小封頂F、2塊鄰接塊L和3塊標準塊B錯縫拼裝構(gòu)成。

1.2 水文地質(zhì)

天津地下水受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地形、地貌、氣象及海進、海退等綜合因素影響，水文地質(zhì)條件較復雜。本區(qū)間受2層微承壓水影響：第1層微承壓水主要為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，穩(wěn)定水位埋深4.12～6.19m；第2層微承壓水含水層主要為⑩3粉土、⑩4粉砂、?3粉土、?4粉砂及?5細砂層，穩(wěn)定水位埋深5.8～7.1m。2層微承壓含水以層⑨1、⑨2、⑩1、⑩2黏性土層為相對穩(wěn)定的隔水層，各含水層厚度和埋深不均，中間分布的黏性土隔水層中夾有薄層含水層，致使局部第1、2層微承壓水上下聯(lián)通，水力聯(lián)系緊密。對盾構(gòu)有較大影響的微承壓水含水層為⑧3粉土、⑧4粉砂、⑨3粉土、⑨4粉砂，盾構(gòu)穿越老海河范圍地層技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 區(qū)間線路平面

1.3 老河海風險源

區(qū)間在DK45+350—DK45+400下穿老海河，河道上口寬35m，河底為料石襯砌，河堤兩側(cè)無襯砌，河底淤泥層厚約2.6m，枯水期水深2.5m左右，隧道結(jié)構(gòu)拱頂距離河底最近約6m，洞身土層主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（拱頂）、粉質(zhì)黏土為主，下穿老海河風險等級為II級。具體平面如圖2所示。施工前，對穿越老海河過程中易發(fā)風險進行分析并制定針對性措施，如表2所示。

圖2 老海河與隧道平面

2 盾構(gòu)穿越控制措施

2.1 穿越前控制措施

穿越之前，選取海河河堤以外100m空地作為試驗段，根據(jù)河底與試驗段地表高程情況，布置4m深的監(jiān)測點，監(jiān)測點沿隧道軸線方向間距10m，監(jiān)測斷面間距25m（共4個），如圖3所示。掘進試驗段之前，對設(shè)備推進、出土、注漿、盾尾密封及土體改良系統(tǒng)進行全面排查，排查報告責任人簽字，確保試驗段推進過程中設(shè)備正常運轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)準確。對試驗段推進參數(shù)、注漿及沉降綜合分析，確定穿越海河推進參數(shù)，試驗段數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示，土壓力、掘進速度與沉降值關(guān)系如圖4所示。

根據(jù)試驗段掘進參數(shù)與沉降值關(guān)系，最終確定推進、注漿等參數(shù)如下：①土倉壓力（上）控制在 60～80kPa；②推進速度控制在 40～50mm/min；③每環(huán)出土量按照 98%理論值（48.48m3）控制47.5m3/h（2斗滿+1斗裝3/4）；④螺旋輸送機轉(zhuǎn)速控制在8～12r/min；⑤刀盤扭矩控制在額定扭矩的 20%～30%；⑥每環(huán)控制在理論建筑空隙的150%～180%（4.68～5.62m3），注漿壓力0.10～0.15MPa；⑦每環(huán)隔3環(huán)進行二次補漿，補漿采用雙液漿，水泥漿（水灰比 0.8）∶水玻璃（30～40Be）為 1∶1。

表2 盾構(gòu)下穿老海河易發(fā)風險及控制措施

表3 試驗段掘進參數(shù)統(tǒng)計

2.2 穿越過程中控制措施

穿越過程中，對所有管理人員及作業(yè)班組進行動員，并宣布獎罰制度，要求所有作業(yè)人員嚴格按照指令單執(zhí)行。對注漿材料及管片進行“四檢制”，確保質(zhì)量。具體重點工作如下。

1）下井前，認真核對管片型號、膠條黏結(jié)、吊裝孔、螺栓孔及破損（裂縫）等。

圖3 試驗段監(jiān)測點斷面布置

圖4 土壓力、掘進速度與沉降值關(guān)系

2）每推完1環(huán)，2人對盾尾間隙進行實測，確保間隙分布較均勻。

3）嚴控管片拼裝錯臺，管片螺栓嚴格執(zhí)行復緊制度，確保管片擠壓密實。

4）拼裝完成后千斤頂分區(qū)回收，并立即加壓，達到交底要求。

5）穿越期間選用較試驗段更優(yōu)的油脂，在油脂桶上做標記刻度，每環(huán)必須達到規(guī)定值。

6）管片出盾尾5環(huán)后進行二次注漿，二次注漿從隧道兩腰開始，注漿一段時間后，將封頂塊吊裝孔裝上閥門并打開，觀察是否有漿液溢出，如有，繼續(xù)注1m3左右停止，否則繼續(xù)注漿。漿液為水泥漿+水玻璃（30～40Be）雙液漿（水灰比為0.8，體積比為1∶1），注漿實施注漿壓力和注漿量雙控。

7）盾構(gòu)下穿老海河過程中，選優(yōu)質(zhì)泡沫對渣土進行改良，確保土壓穩(wěn)定及螺旋機正常出土，不發(fā)生噴涌。

8）穿越海河范圍內(nèi)使用的管片為多孔（16孔）管片，根據(jù)監(jiān)測值隨時進行補漿。

9）盾構(gòu)穿越過程中，對河堤和河底監(jiān)測點沉降值與推進參數(shù)進行統(tǒng)計分析，得出盾尾距監(jiān)測點距離與沉降值的關(guān)系曲線如圖5，6所示。

圖5 河堤測點沉降值與盾尾距離變化關(guān)系

3 結(jié)語與施工建議

針對土壓平衡盾構(gòu)機在淤泥質(zhì)土地層穿越老海河河堤（底）前、過程中采取的沉降措施，得出的盾尾與河堤（底）測點距離與沉降值的關(guān)系圖，并得出如下結(jié)論。

1）通過試驗段調(diào)整、優(yōu)化掘進參數(shù)，盾構(gòu)穿越老海河引起的最大沉降值滿足設(shè)計及河道管理部門控制指標要求。

圖6 河底測點沉降值與盾尾距離變化關(guān)系

2）盾構(gòu)穿越淤泥質(zhì)土等軟土地層時，掘進速度不是越慢越好，而是在注漿同步到位的前提下，掘進速度應(yīng)控制在40～50mm/min，這樣對地層擾動較小，沉降指標可控。

3）淤泥質(zhì)土層且開挖斷面含有微承壓水地層情況下，盾尾后5環(huán)應(yīng)做好雙液漿“環(huán)箍”，防止同步漿液流失帶動地層土體引起附加變形。

4）淤泥質(zhì)土層中盾尾未通過監(jiān)測點之前，盾尾距監(jiān)測點5～10m時，地表隆起值較明顯，最大值達8.7mm；盾尾通過監(jiān)測點后，沉降急劇增大，盾構(gòu)通過10m后，沉降值基本穩(wěn)定，此種沉降規(guī)律是與其他地層最大不同之處，也要求類似地層施工必須做好管片脫出盾尾24h后的二次補漿工作。

本文針對淤泥質(zhì)地層中盾構(gòu)穿越老海河前、穿越過程中控制沉降技術(shù)及管理措施進行總結(jié)，希望為今后類似地層施工提供參考，后續(xù)飽和淤泥質(zhì)粉土、淤泥等地層中盾構(gòu)推進引起的沉降控制仍需進一步探討及實踐驗證。