土壓平衡盾構(gòu)下穿如意湖施工技術控制

崔現(xiàn)慧

摘 要：盾構(gòu)下穿城市河流湖泊具有較高的風險性。鄭州地鐵4號線下穿會展中心如意湖為富水砂層，如意湖水位較深為較大風險源。為保證地表安全、將沉降控制在要求范圍以內(nèi)，同時又要防止盾構(gòu)掘進噴涌等情況的發(fā)生，本論文主要對盾構(gòu)機下穿湖泊過程中需要采取的一些技術措施和掘進參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，以保證盾構(gòu)機能安全順利下穿如意湖。

關鍵詞：富水砂層;下穿湖泊;盾構(gòu)機控制措施;城市地鐵

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0092-02

0引言

如意湖北站～會展中心站區(qū)間長度和穿越水域長度均為鄭州軌道交通開建以來最長，水壓最大、地質(zhì)條件復雜、施工區(qū)域敏感、風險高的典型案例。本文針對工程特點，總結(jié)施工經(jīng)驗，提煉土壓平衡盾構(gòu)機“高水壓”穿越如意湖水域的控制措施和要點，確保盾構(gòu)在穿越類似工程中的安全順利。

1 工程概況

1.1工程簡介

如意湖北站～會展中心站自會展中心北端盾構(gòu)井始發(fā)下穿如意湖至如意湖北站南端盾構(gòu)井接收;左線長度1097.132m（含短鏈6.392m），右線長度1112.324m。區(qū)間設置1座聯(lián)絡通道兼泵房。

區(qū)間最小曲線半徑為400m。線路縱坡設計為“V”型坡，坡度為26.4‰。線路走向具體見圖1所示。

1.2隧道設計概況

區(qū)間隧道管片外徑6.2米，內(nèi)徑5.5米，襯砌管片分為3塊標準管片（A1、A2、A3），兩塊鄰接管片（B1、B2），1塊封頂管片（K型）。標準襯砌環(huán)環(huán)寬為1.5m。管片采用C50防水混凝土，抗?jié)B等級P12。盾構(gòu)管片設計為錯縫拼裝。管片類型為通用型襯砌形式。

1.3工程水文地質(zhì)情況

1.3.1工程地質(zhì)概況

區(qū)間地層從上而下為①1層雜填土、②31層粘質(zhì)粉土、②32層粘質(zhì)粉土、②33層粘質(zhì)粉土、②22層粉質(zhì)黏土、②34層粘質(zhì)粉土、②41層粉砂、②51層細砂、③24層粉質(zhì)黏土、③25D層細砂。

區(qū)間隧道下穿如意湖處埋深為14.429～15.247m，盾構(gòu)區(qū)間下穿如意湖位置主要地層為②51層細砂。本區(qū)間隧道地質(zhì)情況見圖2所示。

1.3.2工程水文概況

本區(qū)間施工場地附近區(qū)域內(nèi)地表水系較為發(fā)育，如意湖連接環(huán)繞鄭州的東風渠，水源豐富。根據(jù)地下水含水空間介質(zhì)和水理、水動力特征及賦存條件，可分為潛水、微承壓水兩種類型。

2盾構(gòu)穿越前準備工作

2.1試驗段設置

為總結(jié)盾構(gòu)穿越如意湖段合理的施工參數(shù)和控制措施，在盾構(gòu)通過如意湖前100米設置試驗段，從以下幾個方面進行了試驗研究：（1）研究鄭州細砂層透水性以確定實際掘進保壓參數(shù);（2）研究掘進參數(shù)對地表隆起和沉降變形的影響及正常掘進改良措施;（3）摸索盾構(gòu)機刀盤不同開口率在鄭州地質(zhì)條件的適應情況及參數(shù)調(diào)整;（4）通過本段施工，加強對地面變形情況的監(jiān)測分析，掌握盾構(gòu)推進參數(shù)及同步注漿的量，研究不同地質(zhì)條件下砂漿的注入?yún)?shù)對隆起和沉降的影響[1]。

2.2技術準備

（1）如意湖為人湖，通過向如意湖修建單位詳細了解如意湖的湖底、混凝土擋墻及漿砌石擋墻的結(jié)構(gòu)形式等，為項目穿越如意湖過程中方案編制、主要參數(shù)確定、設計完善、工藝改進、輔助措施的制定等提供第一手準確資料;（2）盾構(gòu)機到達如意湖前人工復測湖底實際標高及湖水深度，根據(jù)隧道實際覆土層的厚度通過朗肯土壓力計算公式，確定盾構(gòu)穿越如意湖所需的土壓力，從而以避免欠壓掘進造成超挖或土倉壓力設置過高造成湖底開裂及湖面冒漿的現(xiàn)象發(fā)生。

2.3設備維修保養(yǎng)

在到如意湖前對盾構(gòu)機進行一次全面維修和保養(yǎng)，檢修好盾構(gòu)機及配套設備的各系統(tǒng)零部件，確保性能完好，切忌在風險源附近停機，保證盾構(gòu)機快速穿越風險源。

3穿越過程控制措施

3.1盾構(gòu)掘進參數(shù)及調(diào)整

3.1.1土倉壓力

穿越段覆土厚度15.87～16.7m，最大水深約為10m，根據(jù)公式P=K0（γh+q）計算土倉壓力為2.2～2.6bar（隧道頂埋深25.58～26.2m，含湖水深度），施工過程中，根據(jù)掌子面靜壓力及螺旋機出渣量及時調(diào)整土倉壓力和掘進速度，以防止掌子面失穩(wěn)導致湖底擊穿或下沉。

3.1.2嚴格控制盾構(gòu)糾偏量和掘進速度

為保證盾構(gòu)機姿態(tài)和管片姿態(tài)良好，切忌在穿越湖底過程中對盾構(gòu)機和管片姿態(tài)進行急速糾偏，以防止管片大面積破損和卡盾帶來的涌水涌砂。結(jié)合鄭州地鐵5號線盾構(gòu)在細砂層中施工經(jīng)驗，在盾構(gòu)穿越的過程中，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻，嚴格控制分區(qū)油缸壓差;推進速度控制在30～40mm/min，確保盾構(gòu)施工安全。

3.1.3推力

由于穿越地層為粉細砂層，埋深較深，盾構(gòu)機掘進過程中千斤頂推力偏大，推力控制在2200～2500T左右，注意調(diào)節(jié)推力的變化，即防止盾構(gòu)機推力不足超挖，又要防止推力過大湖底隆起。

3.1.4同步注漿

同步注漿壓力控制為1.1～1.2倍的靜止土壓，注漿量為理論注漿量的1.5～2.5倍。

按照：Q=V×λ

式中：λ—注漿率（取1.5～2.5，曲線地段及砂性地層段取較大值，其它地段根據(jù)實際情況選定）

V—盾尾建筑空隙（m3）

V=π×（6.372-6.22）/4×1.5=2.66m3;

則：Q=3.99～6.65m3/環(huán);