不截流土壓平衡盾構(gòu)下穿城市湖泊風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)

徐為民

摘? ? 要：地鐵盾構(gòu)法施工中許多會(huì)下穿城市湖泊，總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)及翻閱有關(guān)資料，編制切實(shí)可行的施工方案，組織經(jīng)驗(yàn)豐富的專家召開評(píng)審會(huì)。穿湖前組織相關(guān)專家實(shí)地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位查勘，從而總結(jié)歸納得出盾構(gòu)穿越湖泊相關(guān)技術(shù)參數(shù)。針對(duì)人工湖不同的結(jié)構(gòu)形式、水文條件、施工條件、工期要求等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研，從盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)總結(jié)的參數(shù)、區(qū)間設(shè)計(jì)參數(shù)、洞內(nèi)姿態(tài)控制參數(shù)、湖面擾動(dòng)情況等進(jìn)行綜合分析。本文結(jié)合實(shí)際施工情況，分析穿湖存在的風(fēng)險(xiǎn)原因，對(duì)下穿湖泊的風(fēng)險(xiǎn)控制提出一些相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法施工;下穿湖泊;風(fēng)險(xiǎn)控制

1? 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵地下工程應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在地鐵方便城市市民出行的同時(shí)，也對(duì)地鐵的施工安全性提出了更高的要求。盾構(gòu)掘進(jìn)工作面水土壓力與密封艙內(nèi)壓力動(dòng)態(tài)平衡是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的施工重點(diǎn)，特別在穿越淺覆土小半徑大坡度的湖底時(shí)風(fēng)險(xiǎn)更高。土壓的不均勻及推進(jìn)參數(shù)控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致湖底坍塌隆起等重大安全事故。因此，如何控制好土壓平衡盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)參數(shù)是風(fēng)險(xiǎn)管控的重點(diǎn)。本文借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，嚴(yán)格控制施工參數(shù)，在淺覆土小半徑大坡度地層中勻速安全地穿越了天鵝湖，將所有風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

2? 工程概況

合肥市軌道交通3號(hào)線土建TJ06標(biāo)位于政務(wù)區(qū)潛山路、天鵝湖路段，全長(zhǎng)3447.742m，包括明挖車站2座、盾構(gòu)區(qū)間3段，分別為祁門路站～大劇院站區(qū)間、大劇院站、大劇院站～高河?xùn)|路站區(qū)間、高河?xùn)|路站、高河?xùn)|路站～望江西路站區(qū)間。

祁門路站～大劇院站區(qū)間起訖里程：DK8+458.350～DK9+423.475，區(qū)間右線長(zhǎng)度965.125m，左線長(zhǎng)度988.914m（長(zhǎng)鏈23.789m），在右DK8+870.000、左DK8+887.057處設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間線路出祁門路站后向北沿翡翠路敷設(shè)，下穿天鵝湖后進(jìn)入天鵝湖路，向東繼續(xù)前行依次側(cè)穿國(guó)資委大樓、合肥廣電中心等建筑，進(jìn)入大劇院站。區(qū)間主體采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)推進(jìn)過程中的主要控制性構(gòu)筑物為國(guó)資委大樓、合肥廣電中心。

區(qū)間工程概況詳見表《祁門路站～大劇院站區(qū)間工程概況表》。

3? 下穿天鵝湖施工風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1? 螺旋機(jī)噴涌

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，隧道覆土上部多為淤泥及粉質(zhì)黏土，具有較明顯的突變性、流動(dòng)性，在刀盤擾動(dòng)下，極易破壞土體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂隙;覆土下部主要為黏土層，遇水易膨脹，在盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力擾動(dòng)下，水將會(huì)從上部產(chǎn)生的裂隙中流下，形成水通道，造成螺旋機(jī)噴涌，影響隧道內(nèi)施工安全。

3.2? 湖底坍塌

由于所處湖段覆土多為黏土層，若推進(jìn)過程中土倉(cāng)壓力控制不當(dāng)，土體受土倉(cāng)壓力擾動(dòng)極易產(chǎn)生裂隙，此時(shí)若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，土體流失較多，將造成湖底坍塌，影響洞內(nèi)人員生命安全。

3.3? 盾尾漏水

盾構(gòu)機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間工作，盾尾刷的磨損較嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)盾尾漏水;推進(jìn)過程中盾尾油脂的質(zhì)量及注入量、注漿參數(shù)的選擇、管片拼裝質(zhì)量、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)這幾個(gè)方面都會(huì)對(duì)盾尾漏水帶來較大安全隱患。

4? 盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)控制

借鑒前期盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，結(jié)合天鵝湖段地質(zhì)、埋深、線型等具體情況，在盾構(gòu)穿越天鵝湖期間主要對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行控制。

4.1? ?土倉(cāng)壓力及出土量控制

（1）隧道穿越天鵝湖范圍，主要位于黏土（2）2中，隧頂最小埋深6.1m。在盾構(gòu)到達(dá)河床前，對(duì)照隧道排版，結(jié)合管片超前量，推算盾構(gòu)過河段每一環(huán)管片的實(shí)際埋深，并對(duì)照地質(zhì)勘察報(bào)告及實(shí)測(cè)水深，計(jì)算實(shí)際的水土壓力;在計(jì)算當(dāng)前環(huán)的土壓時(shí)，應(yīng)特別注意盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，施工時(shí)應(yīng)明確刀盤、盾尾到達(dá)河床與離開河床對(duì)應(yīng)的實(shí)際管片環(huán)號(hào)，以便適時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力。

（2）根據(jù)前期施工出土量統(tǒng)計(jì)及分析情況，設(shè)計(jì)出土量為46.4m3，實(shí)際出土量平均約為55m3，出土松散系數(shù)基本為1.18。盾構(gòu)每環(huán)的出土量由跟班技術(shù)員根據(jù)渣土斗存方實(shí)際測(cè)量得出，保證出土量測(cè)量精度。

（3）出土量的控制通過調(diào)整螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，與土倉(cāng)壓力直接掛鉤，必須由盾構(gòu)司機(jī)、跟班技術(shù)員針對(duì)刀盤扭矩、總推力、掘進(jìn)速度等參數(shù)進(jìn)行綜合權(quán)衡，最低要求：盾構(gòu)掘進(jìn)刀盤扭矩不大于3900kN·m，總推力原則上不大于15000kN，主軸承溫度不大于40℃;在最低要求的基礎(chǔ)上，最大限度減少出土。

4.2? ?推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速與扭矩

盾構(gòu)機(jī)過河段，快速均勻推進(jìn)，推進(jìn)速度控制在35mm/min～40mm/min之間，以保證盾構(gòu)迅速過河為目的。刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0r/min～1.4r/min，同時(shí)扭矩不高于3900kN·m，一旦發(fā)現(xiàn)扭矩加大，應(yīng)立即上報(bào)進(jìn)行處理。

4.3? 盾構(gòu)姿態(tài)

盾構(gòu)穿越前應(yīng)將姿態(tài)向軸線靠攏，穿越過程中，應(yīng)控制盾構(gòu)機(jī)的糾偏量，每環(huán)應(yīng)不大于3mm，穿越過程中，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)測(cè)量控制點(diǎn)的復(fù)測(cè)，并控制盾構(gòu)姿態(tài)的糾偏量，確保以既定姿態(tài)推進(jìn)。

4.4? 管片拼裝

盾構(gòu)施工的區(qū)間隧道，管片襯砌是隧道防水的重要環(huán)節(jié)。特別穿越天鵝湖地段河道的地層，因此嚴(yán)格控制管片安裝質(zhì)量至關(guān)重要。

（1）防水等材料的安裝。①?gòu)椥悦芊鈮|、自粘性橡膠薄板、傳力襯墊的安裝以及石棉橡膠板的使用必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，避免錯(cuò)用漏用;②在彈性密封墊粘貼安裝前應(yīng)清除管片上預(yù)留凹槽接觸面的灰塵，防止安裝后剝離、脫落。安裝時(shí)應(yīng)特別注意，彈性密封墊必須精確的粘貼在凹槽的正中位置，以保證管片拼裝時(shí)彈性密封墊能以緊大接觸面積。③在存放管片進(jìn)行密封墊粘貼的場(chǎng)地應(yīng)配備防雨、防潮設(shè)備，避免密封墊或軟木傳力襯墊淋雨、受潮而損壞;④在管片拼裝前，若因故導(dǎo)致彈性密封損壞或水膨脹條發(fā)生了預(yù)膨脹，則必須重新更換彈性密封墊;⑤管片均采用錯(cuò)縫拼裝方式，拼裝時(shí)先拼裝底部標(biāo)準(zhǔn)塊，然后按左右對(duì)稱順序逐塊拼裝兩側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊，最后拼裝封頂塊。封頂塊拼裝時(shí)先搭結(jié)二分之一環(huán)寬，徑向推上，再縱向插入。