沈陽地鐵十號線穿越渾河盾構(gòu)選型與應(yīng)用

齊鵬

摘 要：? 通過對沈陽地鐵十號線長渾區(qū)間的地質(zhì)條件和工程概況進行分析，根據(jù)盾構(gòu)選型的基本原則，結(jié)合國內(nèi)已有的盾構(gòu)穿越水域的典型案例，經(jīng)分析研究長渾區(qū)間的盾構(gòu)施工應(yīng)選擇泥水平衡盾構(gòu)機為宜。

關(guān)鍵詞：? 沈陽地鐵十號線;盾構(gòu)穿越渾河;選型與應(yīng)用

【中圖分類號】U455.49? ? ?【文獻標(biāo)識碼】A? ? ?【文章編號】1674-3733（2020）06-0168-01

1 沈陽地鐵十號線穿越渾河段地質(zhì)條件

根據(jù)地址詳勘報告，長青橋站～渾南大道站區(qū)間基本位于渾河、長青南街東側(cè)下方，線路出長青橋站后沿渾河長青大橋下穿渾河后，再沿長青南街東側(cè)到達(dá)渾南大道站。區(qū)間單線全長為1619.456m，渾河河面寬度約500米。隧道最大覆土厚度25.0m、最小覆土厚度13.2m。根據(jù)詳堪斷面圖，該隧道區(qū)間通過地層地質(zhì)圓礫約占50%，砂礫37%，中粗砂9%，粉細(xì)沙4%。

本區(qū)間地下水賦存于圓礫、礫砂等土層中。穩(wěn)定水位埋深約為7.0m～12.5m，相當(dāng)于水位標(biāo)高32.71m～39.35m，含水層厚度約19.0m。盾構(gòu)施工區(qū)間含水層滲透性強，滲透系數(shù)一般在30～90m/d之間，左右線地層中滲透系數(shù)為90m/d的圓礫占了50%以上，且所含顆粒大，最大粒徑達(dá)到100mm以上。

本區(qū)間地鐵底板設(shè)計標(biāo)高約為14.7～25.3m，地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高31.77～39.35m，施工中需在水位以下掘進，該區(qū)間內(nèi)地表水系主要為渾河，河水與地下潛水水力聯(lián)系密切。

2 過河越江隧道盾構(gòu)機選型的案例

以我國部分盾構(gòu)法過河隧道工程實例作為研究對象。分析盾構(gòu)法過河越江隧道盾構(gòu)選型的特點（見表1）。

通過表1中的具有代表性的施工案例，可以總結(jié)出過河隧道中盾構(gòu)選型的一些特點和經(jīng)驗。

（1）當(dāng)?shù)貙拥臐B透性較高時，泥水平衡盾構(gòu)機的安全性和可靠性要好于土壓平衡盾構(gòu)機。泥水盾構(gòu)采用管道輸送泥漿和排渣，工作面全密封，形成封閉的回路，應(yīng)對高水壓和高滲透性地質(zhì)比較有優(yōu)勢。

（2）當(dāng)遇到長距離、大斷面的過河越江隧道，多數(shù)選擇泥水盾構(gòu)。顯然，采用泥水盾構(gòu)有利于減小刀盤切削阻力。

（3）對于滲透性低或很低的地層，理論上不存在隧道上浮風(fēng)險的條件下，土壓平衡盾構(gòu)機具有相對可靠的操作性。

（4）當(dāng)選用土壓平衡盾構(gòu)機穿越江河時，過多依賴施工人員的主動干預(yù)來實現(xiàn)控制和管理。如若出現(xiàn)地層變形，后果將十分嚴(yán)重。

3 盾構(gòu)機穿越渾河的施工難點

（1）盾構(gòu)下穿河流最大的風(fēng)險在于盾構(gòu)的正上方存在源源不斷的水源。

（2）減少對刀具的磨損，也是過河盾構(gòu)施工的難點。

（3）冬季施工對泥漿管路防凍措施的要求較高。

4 泥水盾構(gòu)與土壓盾構(gòu)的對比分析

4.1 泥水盾構(gòu)在過渾河段施工的主要控制措施。根據(jù)泥水平衡盾構(gòu)的施工特點和過河越江段的工況條件，針對盾構(gòu)掘進過程中可能出現(xiàn)的盾尾漏漿、江底冒漿、沉降塌方、隧道上浮等問題，只要事先在泥水盾構(gòu)參數(shù)的選取和控制方面做足準(zhǔn)備，這些難題都迎刃而解。

（1）開挖面泥水壓力的控制：無論是在掘進階段還是停止掘進階段都應(yīng)注意泥水壓力的變化，泥水壓力高于土層地下水土壓力0.02 MPa左右，變化范圍控制在±3%以內(nèi)。環(huán)流系統(tǒng)的控制直接影響開挖面壓力的穩(wěn)定。根據(jù)環(huán)流液位的上升與下降來判斷開挖面壓力的波動，并通過對環(huán)流系統(tǒng)的進排漿泵和閥的控制，來保證壓力的穩(wěn)定。同時還要考慮與盾構(gòu)掘進速度和刀盤轉(zhuǎn)速的匹配，實現(xiàn)泥水環(huán)流系統(tǒng)的動態(tài)平衡，降低因開挖面失穩(wěn)帶來的施工風(fēng)險。

（2）泥水盾構(gòu)掘進時出碴量控制：實際出碴量 =（排漿流量×排漿比重-進漿流量×進漿比重）×泥水循環(huán)時間。具體數(shù)值由盾構(gòu)機控制系統(tǒng)進行統(tǒng)計，工程師可根據(jù)碴土場出碴量進行復(fù)核。一般實際出碴量控制在理論出碴量的97%-100%。允許出現(xiàn)少量欠挖，不允許出現(xiàn)超挖。

（3）泥漿參數(shù)的選取和控制：掘進中泥漿比重不應(yīng)過高或過低，過高將影響泥水的輸送能力，過低將破壞開挖面的穩(wěn)定。泥漿還必須具有適當(dāng)?shù)恼承?，用來維護開挖面穩(wěn)定，使其在掌子面形成有效泥膜。

（4） 管片壁后注漿的控制：注漿壓力、注漿量、注漿流量、漿液凝固時間與推進盾構(gòu)速度、盾尾密封壓力等施工參數(shù)的最佳匹配，是盾構(gòu)機在過河越江段安全施工的重要控制措施。

（5）冬季低溫氣候條件下泥漿系統(tǒng)的防凍措施：低溫環(huán)境易造成泥水循環(huán)系統(tǒng)的凍結(jié)，導(dǎo)致循環(huán)受阻，失去攜渣能力，無法建立環(huán)流系統(tǒng)，因此，需要對整個系統(tǒng)進行保溫處理，包括對設(shè)備和管理保溫和升溫措施。

4.2 土壓盾構(gòu)在過渾河段的風(fēng)險分析。

在高滲透性的圓礫、砂礫地層，渾河地下水補給充足的條件下，土壓盾構(gòu)施工面臨著非常大的風(fēng)險和隱患。

（1）噴涌。雙螺旋輸送機的技術(shù)在治理噴涌的方面只能是治標(biāo)不治本，當(dāng)出現(xiàn)河水滲流和局部塌陷時，雙螺旋也無法建立土塞，形成土壓平衡。要預(yù)防和治理噴涌還需要從根本上解決。另外，雙螺旋的使用導(dǎo)致連接橋過長，使盾構(gòu)的轉(zhuǎn)彎能力受到限制。

（2） 渣土改良。能否成功穿越渾河，完全取決于渣土改良技術(shù)的成功應(yīng)用。在敞口環(huán)境下（相對泥水的封閉環(huán)境），過多的依賴人為干預(yù)進行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和治理，增加了施工難度和風(fēng)險。因此，不建議采取這種長期伴隨風(fēng)險作業(yè)的施工方案。

（3） 刀具磨損。在土壓盾構(gòu)本身大扭矩掘進的條件下，掌子面難以提供換刀條件，會導(dǎo)致因刀具磨損嚴(yán)重而被迫停工。

5 結(jié)論

（1）對于穿越渾河隧道的盾構(gòu)法施工，在盾構(gòu)選型時不僅要考慮地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟成本等客觀因素，還要明確各類型盾構(gòu)應(yīng)對水下施工風(fēng)險的控制措施。

（2）泥水盾構(gòu)適用于顆粒較大、滲透性高的不穩(wěn)定地層，同時也適用于長距離的隧道工程。在冬季施工方面不存在不可逾越的難題，從安全性、可靠性角度看，更適合于渾河流域的地鐵隧道工程。

（3）對于水域?qū)挾容^小，地層滲透性低或很低的過河越江隧道，土壓盾構(gòu)可以滿足施工要求，但是土壓盾構(gòu)在過河越江段施工時，過多依賴施工人員主動干預(yù)盾構(gòu)壓力平衡的控制和土體改良的效果。對于滲透性更大的圓礫、砂礫地層，選擇土壓盾構(gòu)需更加慎重。