盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕ぜ夹g(shù)

王建峰

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310）

對于地鐵工程而言，隧道采用盾構(gòu)法施工以后，其結(jié)構(gòu)必將和各種地下管線形成上跨方式或者下穿方式的立體交叉[1-2]。因此，在具體施工中，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行下穿地下管線施工特別是遭遇壓力管道的時候，會面臨較高的施工風(fēng)險，需采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

1 工程概況

廈門市軌道交通2號線二期工程一工區(qū)線路全長4.6km，共3站2區(qū)間、1個車輛段出入段線區(qū)間，工程造價約7.77億，合同工期共791d。具體如表1所示。

表1 土建二期一工區(qū)區(qū)間結(jié)構(gòu)及施工方法匯總表 單位：m

該處地質(zhì)主要由素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、砂混淤泥、淤泥、殘積砂質(zhì)黏性土、凝灰熔巖殘積黏性土等構(gòu)成。盾構(gòu)下穿區(qū)域地層主要為殘積砂質(zhì)黏性土、凝灰熔巖殘積黏性土、全風(fēng)化凝灰熔巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖等，分布不連續(xù)。該區(qū)間不良地質(zhì)主要有5處孤石及180m基巖突起，經(jīng)詳勘后綜合論證，該孤石及基巖突起無需處理。

2 施工中面臨的主要風(fēng)險

通過盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕な瞧渲幸粋€重點的風(fēng)險源，如果采取的技術(shù)和管理措施不合適，一旦其中的高壓燃?xì)夤艿莱两挡痪鶆?，便會出現(xiàn)燃?xì)庑孤┈F(xiàn)象，對周邊的生產(chǎn)和生活造成影響，甚至可能出現(xiàn)傷亡事故[3]。所以，在進(jìn)行下穿高壓燃?xì)夤艿赖臅r候必須提前進(jìn)行技術(shù)論證，以便采取最為可靠、安全的技術(shù)措施。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 掘進(jìn)參數(shù)控制技術(shù)

（1）土倉壓力參數(shù)控制。施工過程中必須控制好土倉壓力，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)在埋深、地下水位、土質(zhì)等方面情況進(jìn)行計算，采取相應(yīng)的措施確保其土倉壓力保持平穩(wěn)狀態(tài)，以防其土倉壓力出現(xiàn)大幅度波動，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)對土倉壓力值進(jìn)行調(diào)整，減少對土體的擾動。盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕み^程中，土倉壓力最好控制在0.1～ 0.15MPa。

（2）掘進(jìn)速度參數(shù)控制。對于盾構(gòu)機(jī)而言，其推進(jìn)速度會對直地面部分的沉降變形造成直接的影響，如果速度過快，會對四周土體產(chǎn)生較大的擾動，易導(dǎo)致地表沉降，甚至使高壓燃?xì)夤艿腊l(fā)生折斷或者開裂現(xiàn)象。所以，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行下穿燃?xì)夤艿朗┕さ臅r候需控制其推進(jìn)速度，盡量以恒定、勻速速度進(jìn)行推進(jìn)。據(jù)經(jīng)驗可知，其推進(jìn)速度宜保持在20～27mm/min。

（3）刀盤轉(zhuǎn)速參數(shù)和推力參數(shù)控制。為減小對土體產(chǎn)生的擾動，應(yīng)盡量采取“一低兩小”的原則，即轉(zhuǎn)速要低、扭矩要小、推力也要小，使其刀盤轉(zhuǎn)速保持在1.0～1.3r/min，扭矩保持在1800～2300kN/m，推力小于12000kN。

（4）出土量參數(shù)控制。盾構(gòu)施工時應(yīng)嚴(yán)格控制其出土量，確保實際和理論上的出土量保持平衡，并對其嚴(yán)密觀察，以免超量。其中，每環(huán)出土量由式（1）計算。

式中：K為土體方面的松散系數(shù)，通常要結(jié)合土質(zhì)情況、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)以及該土體部分的改良情況等進(jìn)行確定，K的經(jīng)驗取值應(yīng)在1.15～1.2；D為盾構(gòu)機(jī)直徑，該工程盾構(gòu)機(jī)直徑為6.48m；L為管片部分的每環(huán)長度，該工程中L值為1.5m。

（5）盾構(gòu)機(jī)殼外注漿減阻參數(shù)控制。在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕ぶ?，為減小其機(jī)殼和四周土體產(chǎn)生的側(cè)向摩擦力及擾動量，可在其機(jī)殼外面注入膨潤土漿液，以保持其機(jī)殼和周圍土體間的潤滑。

3.2 注漿技術(shù)

（1）同步注漿技術(shù)。盾構(gòu)掘進(jìn)施工時，應(yīng)及時同步注漿，并保持注漿量充足，以便填充盾構(gòu)管片四周土體部分的空隙。與此同時，為使?jié){液更快凝固，施工時需結(jié)合實際工況，適當(dāng)提高水泥用量和漿液黏稠度，有效降低由于漿液凝固所導(dǎo)致的不均勻沉降以及損失[4]。其中，采用同步注漿技術(shù)，其充填率應(yīng)達(dá)到150%，并將注漿壓力維持在0.3～0.35MPa范圍內(nèi)。同步注漿技術(shù)采用雙控措施，以對注漿壓力進(jìn)行控制為主，對注漿量進(jìn)行控制為輔，保證漿液的飽滿度。此外，應(yīng)提前檢查盾尾刷，確保其密封度，不可產(chǎn)生漏水和漏漿現(xiàn)象。在施工的時候應(yīng)檢查螺旋輸送機(jī)，確保其在輸送過程中不出現(xiàn)噴涌工作。據(jù)相關(guān)試驗經(jīng)驗，對該工程所采用的漿液的配比如表2所示。

表2 同步注漿技術(shù)中漿液配比（kg/m3）

（2）二次注漿技術(shù)或多次補(bǔ)漿技術(shù)。為防止不均勻沉降導(dǎo)致高壓燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)開裂現(xiàn)象或折斷現(xiàn)象，在下穿施工時需及時對其二次注漿，甚至多次補(bǔ)漿。該工程使用的二次注漿技術(shù)主要是后方注漿的方式，即在后3～5環(huán)部位的注漿孔實施壁后注漿，其注漿壓力通常保持在0.3～0.4MPa，選用水泥漿和水玻璃體積配比為1∶1的雙漿液進(jìn)行注漿。結(jié)合地質(zhì)實際情況對其管道周圍進(jìn)行補(bǔ)漿，使其更堅固，在加固的時候應(yīng)對其注漿孔角度參數(shù)和注漿壓力參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)密控制。

3.3 隧道軸線控制技術(shù)

（1）精準(zhǔn)控制盾構(gòu)掘進(jìn)的各項技術(shù)參數(shù)，如果土壓過低，不僅易導(dǎo)致地層的沉降，還會對盾構(gòu)軸線的相關(guān)控制造成影響[5]；如果注漿壓力太大，也不利于對隧道軸線進(jìn)行控制。

（2）合理編組盾構(gòu)千斤頂，并對分區(qū)油壓進(jìn)行嚴(yán)格控制。千斤頂?shù)倪x擇會直接影響盾構(gòu)軸線的軌跡，所以需對軸線位置，正確編組千斤頂。

（3）對于盾構(gòu)機(jī)而言，需正確使用其鉸接裝置，當(dāng)通過調(diào)整千斤頂和控制去其分區(qū)油壓也無法達(dá)到目的的時候，可利用盾構(gòu)鉸接裝置來糾正。

3.4 刀盤土壓力設(shè)定技術(shù)

在設(shè)定刀盤正面平衡壓力值時，按式（2）計算。

式中：K0為計算點處側(cè)壓力系數(shù)，如果是黏性土，K0取值在0.5～0.7；γ為上覆土層的天然容重，g/cm3；h為土層厚度，cm。

平衡壓力的設(shè)定值：P設(shè)定值=1.1×P計算值

盾構(gòu)機(jī)在實際進(jìn)行掘進(jìn)是過程中，結(jié)合地面降沉相關(guān)監(jiān)測信息，適時修訂對設(shè)定值。假如刀盤前方部分的地面出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，需將平衡壓力值上調(diào)；反之，假如刀盤前方部分的地面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，則需將平衡壓力值下調(diào)，以控制前方地面隆起2mm內(nèi)為宜。

3.5 渣土改良技術(shù)

實施渣土改良技術(shù)，對刀盤前方部分土體具有的流塑性進(jìn)行改善，并降低泥餅形成，以此確保進(jìn)出土的順暢。針對膨潤土漿液以及泡沫添加劑進(jìn)行試驗，以此確定最佳配合比，然后利用盾構(gòu)機(jī)或其刀盤自身具備的泡沫系統(tǒng)，向其前方土體部分注入泡沫劑，起到提前改良土體的作用，進(jìn)而提升渣土方面的保水性能及穩(wěn)定性能。

3.6 施工監(jiān)測技術(shù)

在施工過程中為了解燃?xì)夤艿谰唧w情況，可在土體注漿進(jìn)行加固階段和盾構(gòu)機(jī)下穿燃?xì)夤艿离A段，應(yīng)實時監(jiān)測燃?xì)夤艿?，以便檢查施工是否對其造成安全影響[6]。利用對穿越區(qū)域進(jìn)行實時監(jiān)測，掌握其施工過程中周圍地層部分和燃?xì)夤艿烙嘘P(guān)沉降方面數(shù)據(jù)變化，對其周圍環(huán)境產(chǎn)生的變形規(guī)律以及可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，及時采取相應(yīng)的解決措施，對施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，以減少環(huán)境變形的程度，保證盾構(gòu)法施工的順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，該工程在盾構(gòu)機(jī)下穿高壓燃?xì)夤艿朗┕み^程中，利用各種合理有效的施工技術(shù)措施，對其整個施工過程進(jìn)行實時監(jiān)測，對土倉壓力進(jìn)行及時調(diào)整，以此確保燃?xì)夤艿啦怀霈F(xiàn)沉降現(xiàn)象、盾構(gòu)隧道軸線的偏移量保持在設(shè)計許可范圍內(nèi)。