盾構(gòu)四次近距離下穿北引干渠掘進(jìn)參數(shù)控制方法

冼嘉和，李悅民

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510290）

1 工程概況

廈門軌道交通2號線東孚站～馬鑾北站—出入場線區(qū)間，區(qū)間隧道四線下穿北引干渠。東孚站～馬鑾北站區(qū)間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為4.45m，與北引干渠相交段隧道埋深9.77～10.21m；出入線區(qū)間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為1.87m，與北引干渠相交段隧道埋深7.12～7.23m。區(qū)間隧道下穿北引干渠相交長度約13m.北引干渠采用2 孔明挖矩形框架結(jié)構(gòu)，單孔凈空尺寸為3.6×3.8m，結(jié)構(gòu)全寬8.25m，全高4.5m，結(jié)構(gòu)厚度為0.35m，采用C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)底為10cm 厚的C10 混凝土找平層+30cm 厚的砂石墊層，引水干渠內(nèi)設(shè)計水深3.22m，每15m 設(shè)置一處伸縮縫，伸縮縫寬2cm，設(shè)中埋式止水帶。

2 地質(zhì)水文情況

（1）地質(zhì)情況。北引干渠位于的地層主要有<1-1>雜填土、<8-1-2>粉質(zhì)黏土、<8-4>中砂、<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土。東孚站～馬鑾北站—出入場線區(qū)間，穿越北引干渠位于的地層<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土、<12-1>全風(fēng)化凝灰熔巖。

（2）水文情況。區(qū)間下穿北引干渠周邊水位標(biāo)高為1.58m，地下水主要為第四系松散巖類孔隙含水巖組，該含水層中地下水屬上層滯水或潛水，滲透性中等～較好，富水性一般～中等；砂層、卵石層場地廣泛分布，含水層厚度3～7m，地下水類型主要為承壓水，局部地段覆蓋層缺失轉(zhuǎn)為潛水，是場區(qū)內(nèi)主要含水層和強(qiáng)透水層，水量豐富。

3 施工難點及沉降控制要求

（1）區(qū)間隧道頂部與北引干渠底部的最小凈距為1.87m，控制箱涵的穩(wěn)定難度大。（2）在穿越段，沒有對北引干渠進(jìn)行加固的條件，只能依靠調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)及加強(qiáng)施工技術(shù)來控制沉降。（3）盾構(gòu)機(jī)4 次近距離下穿北引干渠，多次對地層擾動土體的應(yīng)力疊加容易造成干渠的破壞，施工參數(shù)控制及干渠保護(hù)要求高。（4）沉降控制要求高。根據(jù)設(shè)計圖紙盾構(gòu)下穿北引干渠，干渠的隆沉、位移和差異沉降需滿足以下要求：累計沉降≤20mm，變化速率≤2mm/d，差異沉降≤0.25%Lg，Lg 為管節(jié)長度15m/節(jié)。

4 建模計算分析

（1）計算模型及參數(shù)。采用FLAC-3D 有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，土體選用摩爾—庫侖彈—塑性本構(gòu)模型模擬，隧道結(jié)構(gòu)、北引干渠選用彈性本構(gòu)模型模擬。

（2）計算結(jié)果。計算模擬的施工順序：先東馬區(qū)間左、右線通過，然后施工出入場線區(qū)間左、右線。東馬區(qū)間左線通過后計算結(jié)果為：引起地表最大沉降為8mm，北引干渠的最大沉降為3.1mm。東馬區(qū)間右線通過后計算結(jié)果為：引起地表最大沉降為8mm，北引干渠的最大沉降為2.8mm。出入場線左線通過后計算結(jié)果為：引起地表最大沉降為10mm，北引干渠的最大沉降為5.1mm。出入場線右線通過后計算結(jié)果為：引起地表最大沉降為14.6mm，北引干渠的最大沉降為7.3mm。通過計算分析可知，盾構(gòu)隧道施工完成后，地表累計的最大沉降為14.6mm，北引干渠累計的最大沉降為7.3mm，滿足設(shè)計要求。

5 掘進(jìn)參數(shù)確定與過程控制

5.1 掘進(jìn)參數(shù)確定

（1）設(shè)立試驗段。在距離北引干渠30m 處設(shè)立試驗段，在試驗段區(qū)域內(nèi)施工過程及時采集刀盤進(jìn)入影響區(qū)前、刀盤經(jīng)過時、盾體經(jīng)過時、管片脫出盾尾時、后期沉降5 個階段沉降的數(shù)據(jù)。根據(jù)沉降情況對盾構(gòu)施工進(jìn)行動態(tài)指導(dǎo)，及時調(diào)整施工參數(shù)控制地表沉降。根據(jù)隧道埋深、地質(zhì)資料確定試驗段盾構(gòu)掘進(jìn)的相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 試驗段盾構(gòu)掘進(jìn)的相關(guān)參數(shù)

（2）確定盾構(gòu)下穿掘進(jìn)參數(shù)。通過試驗段在各階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析總結(jié)，試驗段的地表沉降最大值-9mm，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)對比方案中設(shè)定值有偏差。因此，以試驗段總結(jié)的數(shù)據(jù)，確定各盾構(gòu)下穿北引干渠掘進(jìn)的參數(shù)，見表2。

表2 盾構(gòu)下穿北引干渠掘進(jìn)的參數(shù)

5.2 監(jiān)測點位布置

監(jiān)測點布置以真實反應(yīng)北引干渠的變形情況，通過數(shù)據(jù)處理信息反饋，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供優(yōu)化參數(shù)的依據(jù)，做到信息化施工。下穿主要影響區(qū)內(nèi)每10～15m 布設(shè)一監(jiān)測點，次要影響區(qū)域內(nèi)每15～30m 布設(shè)一監(jiān)測點。沉降監(jiān)測點直接在北引干渠上布置測點。

5.3 盾構(gòu)下穿掘進(jìn)過程中控制

（1）保持土壓掘進(jìn)。保持推進(jìn)速度基本不變，調(diào)節(jié)螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速或出渣門的開度，達(dá)到控制出土量及保持土倉壓力值。

（2）連續(xù)快速通過下穿段。合理推進(jìn)速度保證同步注漿的填充效果，提高推進(jìn)速度減小刀盤對地層的擾動。

（3）渣土改良。穿越北引干渠位于的地層<11-3-3>凝灰熔巖殘積黏性土、<12-1>全風(fēng)化凝灰熔巖，為確保盾構(gòu)正常出土，使用優(yōu)質(zhì)的泡沫劑改善開挖面土體的和易性，使其排土流暢，減小刀盤扭矩，同時可在開挖面形成止水帷幕，更有利于土倉壓力控制，減小切口前方地面沉降。

（4）加強(qiáng)注漿控制沉降。根據(jù)試驗段數(shù)據(jù)及理論計算控制同步注漿量，以壓力、方量雙重控制，以壓力控制為主，保證同步注漿足量注入。

（5）提高停機(jī)保壓值。盾構(gòu)下穿時采用土壓平衡模式掘進(jìn)，土倉壓力結(jié)合試驗段取得的數(shù)據(jù)確定。每環(huán)掘進(jìn)完成后，停機(jī)保壓時適當(dāng)提高0.1～0.15bar，保證土壓力與開挖面的穩(wěn)定。

（6）出土量控制。出土量采用量測渣土體積的方法來控制，根據(jù)試驗段得到渣土的松散系數(shù)及不同地段的密度，準(zhǔn)確統(tǒng)計渣土改良注入方量，確定每環(huán)的出土量，在渣土箱上做好刻度計量每環(huán)實際的出土量，若出現(xiàn)出土量異常，要及時分析查找原因，同時加強(qiáng)地表監(jiān)測。

（7）監(jiān)控量測。盾構(gòu)下穿施工期間，監(jiān)測人員對地表土體隆陷及干渠變形情況進(jìn)行監(jiān)測，并做好監(jiān)測記錄，及時繪制位移～時間和位移速率～時間曲線，對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，推算最終位移值，確定曲線變化規(guī)律，以數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，做到信息化施工。

5.4 盾構(gòu)下穿通過后沉降控制

盾構(gòu)下穿北引干渠通過后，根據(jù)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)下穿北引干渠段仍然有較小沉降。由于隧道頂距渠底距離小，為避免因二次注漿壓力過大對干渠造成隆起超限或破壞，現(xiàn)場利用管片增設(shè)的注漿孔采取少量多次，分散低壓的注漿原則，對下穿北引干渠沉降段進(jìn)行補注雙液漿，以填充同步注漿漿液收縮的間隙，同時加快漿液的固結(jié)速度，壓力控制在2.5～3.0bar，有效控制了下穿北引干渠段后期的沉降。盾構(gòu)四次下穿北引干渠后，地層變形趨于穩(wěn)定，北引干渠累計變化量最大為5.9mm，未超出控制值，沒有出現(xiàn)任何滲漏水現(xiàn)象，北引干渠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。

6 結(jié)語

綜上所述，廈門軌道交通2 號線東孚站～馬鑾北站—出入場線區(qū)間盾構(gòu)四次近距離安全順利下穿北引干渠，通過監(jiān)控量測準(zhǔn)確掌握北引干渠在盾構(gòu)下穿施工中的變形狀況，通過同步注漿、二次補漿等輔助變形控制措施將變形控制在安全范圍內(nèi)，為不斷地類似下穿施工提供了經(jīng)驗。