砂土地層中盾構(gòu)下穿公路隧道工藝性試驗研究

王 輝

(中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200122)

區(qū)間盾構(gòu)隧道因其施工速度快、安全性高、成本相對低等眾多優(yōu)點，在城市地鐵施工中應(yīng)用越來越廣泛[1]。但由于城市規(guī)劃及發(fā)展、交通擁堵等原因，新建地鐵線路(特別是主城區(qū))不可避免的要穿越既有建筑物及構(gòu)筑物。區(qū)間隧道在穿越建構(gòu)筑物期間對建構(gòu)筑物沉降控制提出很高的要求，盾構(gòu)機掘進過程姿態(tài)的控制、漿液的選擇、刀盤扭矩及推力的控制等中遇到較大的難度，本文通過一個實際案例分析了盾構(gòu)隧道近距離穿越建構(gòu)筑物時針對沉降控制采取的技術(shù)措施，可為類似地鐵施工下穿工程的研究、設(shè)計以及施工提供一定參考價值。

1 工程概況

1.1 工程簡介

無錫市軌道交通3號線永樂東路站～金海里站區(qū)間下穿太湖大道隧道，區(qū)間線路總體為南北走向，始于永樂東路站南端頭，向南行進，以曲率半徑R=400m向東南轉(zhuǎn)向，并沿長江北路道路東側(cè)行進，后接入金海里站北端頭，區(qū)間盾構(gòu)在左線ZDK27+728.59～ZDK27+756.11，和右YDK27+740.96～YDK27+768.44下穿太湖大道隧道，對應(yīng)的管片環(huán)數(shù)左線為277環(huán)～301環(huán)，右線為286環(huán)～310環(huán)。線路平面布置如圖1所示。

圖1 永樂東路站-金海里站區(qū)間與太湖大道隧道平面關(guān)系

1.2 工程重難點分析

永樂東路站～金海里站區(qū)間盾構(gòu)下穿太湖大道隧道，下穿太湖大道隧道約27.5m。區(qū)間以R=400m穿越太湖大道隧道底，太湖大道底板厚1 000mm，隧道頂距底板底5.222～5.56m，底板下有長12mφ1000mm工程樁，區(qū)間自樁中間穿越(穿越樁間距12.3m，盾構(gòu)直徑6.440m)。

借鑒以往盾構(gòu)在該區(qū)域施工經(jīng)驗，如果土艙壓力設(shè)置過大、螺旋排土器排土量少，會對開挖面前方土體造成擠壓作用，使其土水壓力進一步增大，造成開挖面上方土體因擠壓產(chǎn)生土體變形，對隧道底板造成沉降或隆起變形；若土艙壓力設(shè)置過小，掘進過程中易產(chǎn)生局部超挖情況，進而造成盾構(gòu)開挖面前面土體塌方現(xiàn)象，塌方地層上部應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形，太湖大道隧道底板因地層變形將產(chǎn)生較大沉降。因此為保證太湖大道隧道的沉降不超過規(guī)范限值，需要對盾構(gòu)施工控制提出較高的要求，以保證隧道穿越過程的土體問題，而不會產(chǎn)生安全問題。

2 關(guān)鍵施工控制技術(shù)

根據(jù)盾構(gòu)穿越太湖隧道的工況特點，同時確保后期穿越施工順利安全進行，選取左線穿越前45環(huán)～5環(huán)(232環(huán)～272環(huán))作為穿越試驗段。

2.1 施工關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

開挖面及土艙壓力的平衡設(shè)定是土壓平衡盾構(gòu)施工的關(guān)鍵，其中包括推力、推進速度和出土量三者相互關(guān)系，其對盾構(gòu)施工地層變形量的控制起主導(dǎo)作用[2]。因此，在盾構(gòu)穿越太湖大道隧道的施工過程中，結(jié)合其地質(zhì)水文情況、覆土厚度、地面建(構(gòu))筑物情況分布情況，通過現(xiàn)場量測的地表隆沉變形及時調(diào)整設(shè)定的土倉壓力，控制好糾偏量，減少對土體的擾動。

通過在試驗段進行施工關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整及測試，施工時地表沉降變形及建構(gòu)筑物沉降均處于安全可控范圍內(nèi)，其主要參數(shù)如表1 所示。

2.2 同步注漿關(guān)鍵技術(shù)

準厚漿粘稠度好、易填充、抗?jié)B效果好、沁水性小、后期強度高[2]，因此試驗段內(nèi)同步注漿工藝建議采用“準厚漿”，結(jié)合之前項目施工經(jīng)驗，最初的注漿壓力是根據(jù)理論的靜止水壓力確定，取1.1～1.2倍的靜止水壓力，但該段推進過程注漿壓力建議控制在0.3～0.5MPa范圍內(nèi)，注漿量控制在5.5～6m3/環(huán)。

表1 盾構(gòu)穿越太湖大道隧道試驗段施工參數(shù)

在穿越段施工前，需要對漿液的配合比進行測試試驗，以保證最佳的漿液物理力學(xué)性能，漿液優(yōu)化配合比和性能見表2、表3。

表2 同步注漿漿液初步配比

表3 同步注漿漿液性能表

2.3 二次注漿關(guān)鍵技術(shù)

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)機穿越后會對隧道穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[3]，因此重載穿越完成前最后3～4環(huán)內(nèi)，通過注漿孔進行二次注漿工藝，以達到補充前期注漿未均勻填充的部分，從而減施工后的沉降變形，同時還能有效提高隧道止水性能，每環(huán)注漿量控制值為1.2m3，因此建議二次注漿為采用隔環(huán)注漿工藝，每次注漿量定為2.4m3，注漿壓力控制為0.4MPa。

試驗段內(nèi)二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿作為注漿材料，漿液的凝膠時間為0.5～1min，能對同步注漿起到進一步補充和加強作用，同時也是對管片周圍的地層起到充填和加固作用。

漿液配比為水玻璃用水稀釋成1∶3，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1，具體參數(shù)如表4所示。

表4 雙液漿漿液配比表

3 沉降監(jiān)測

3.1 地表沉降點布設(shè)

因左線首先下穿公路隧道，在左線穿越段設(shè)有1個與隧道軸線方向垂直的監(jiān)測面，監(jiān)測面設(shè)10個沉降監(jiān)測點，監(jiān)測點沿著軸線兩邊均勻分布，軸線外側(cè)間距分別為3m、5m、10m，兩軸線間每4m一個監(jiān)測點，測點布置如圖2所示。

圖2 隧道內(nèi)沉降點布設(shè)

3.2 結(jié)果分析

沉降測試結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出，11月10日盾構(gòu)開始下穿隧道，地表出現(xiàn)隆起變形，隨著盾構(gòu)的施工，地表沉降出現(xiàn)較大差異，部分監(jiān)測點出現(xiàn)隆起變形現(xiàn)象，施工期間共對監(jiān)測點進行54d的記錄，從最終沉降曲線可以看出，地表沉降趨于穩(wěn)定，最大沉降量小于5mm，最大隆起1.03mm，小于規(guī)范中限制的地面沉降標準[4][5]：+5～-10mm(穿越密集建、構(gòu)筑)，可見掘進過程中采取的關(guān)鍵施工控制技術(shù)起到了很好的控制效果。

圖3 左線盾構(gòu)穿越階段地表沉降曲線

4 結(jié)束語

砂土地層盾構(gòu)穿越已有建構(gòu)筑物時采用“先試驗、多注漿、慢速度、勤測量、少糾偏、二次補”的動態(tài)控制理念進行沉降控制，將主動(試驗段摸索施工參數(shù))控制措施和被動控制(通過監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，控制地表沉降)措施相結(jié)合，不僅有效的控制穿越過程中建構(gòu)筑物的沉降，也可以控制隧道后期的沉降變形。通過應(yīng)用多次注漿控制隧道變形技術(shù)、控制土壓及速度的盾構(gòu)掘進技術(shù)，在盾構(gòu)穿越隧道前設(shè)置試驗段，研究砂土地層盾構(gòu)穿越建構(gòu)筑物微擾動施工技術(shù)。施工過程可操作性強，后期沉降變形小，為砂土層盾構(gòu)施工下穿建構(gòu)筑物施工提供重要的實踐案例參考。