復(fù)雜條件下盾構(gòu)下穿珠江前航道施工控制研究

陳 剛

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

1 工程概況

直徑8.8m 土壓平衡盾構(gòu)長距離穿越珠江前航道，地層裂隙水較豐富，且隧道曲線為半徑600m 的S 彎曲線，掘進(jìn)過程中會出現(xiàn)螺旋輸送機(jī)渣土大量噴涌、管片上浮錯臺超限和壁后同步注漿流失導(dǎo)致管片漏水等問題出現(xiàn)。盾構(gòu)區(qū)間左線下穿珠江段里程為ZDK55+715.42～ZDK57+111.91，區(qū) 間 右線下 穿珠江段里程為YDK55+668.02～YDK57+119.34，過江段長度約1 600m。區(qū)間左、右線主要穿越地層為中風(fēng)化、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、微風(fēng)化礫巖，線路最小轉(zhuǎn)彎半徑R=600m，最大縱坡15‰，隧道拱頂最大埋深25.5m。其中左線里程為ZDK56+600～ZDK56+626.3、區(qū)間右線里程YDK56+627.0～YDK56+690.0 范圍內(nèi)側(cè)穿獵德大橋，橋樁為直徑2500mm 的鉆孔灌注樁，隧道管片與橋樁的凈距為6.02～11.95m。

2 施工重難點

1）過江施工，地層水壓大，盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)出渣易發(fā)生噴涌。

2）盾構(gòu)長距離穿江，600m 小半徑S 彎，管片易出現(xiàn)錯臺。

3）過江段地層裂隙水較為豐富，水壓較大，保證管片背后同步注漿填充飽滿密實和防止管片上浮是一個重難點。

3 施工過程控制及主要技術(shù)措施

盾構(gòu)施工過程中，掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)定是盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全、地層沉降控制得以保證的前提。盾構(gòu)穿越珠江段時，必須加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制和掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整，密切關(guān)注各項參數(shù)變化，如出現(xiàn)異常，及時反饋、調(diào)整。為確保掘進(jìn)參數(shù)的準(zhǔn)確，結(jié)合區(qū)間地址詳勘報告、類似盾構(gòu)施工經(jīng)驗和自身施工實例，對盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行了計算和選取。

3.1 防止盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)噴涌控制

在軟巖掘進(jìn)過程中，現(xiàn)廣泛認(rèn)同的掘進(jìn)方式為半倉推進(jìn)氣壓輔助模式。在富水量較大的地層中，由于土倉存渣較少，地層匯水至土倉很容易造成螺旋輸送機(jī)噴涌，大量的噴涌會造成土倉瞬間失壓、盾尾累積大量泥渣，對掘進(jìn)施工中土壓保持、文明施工會造成重大影響，制約掘進(jìn)連續(xù)性，因此螺旋輸送機(jī)噴涌必須要得到有效解決。控制措施如下。

1）在下穿珠江過程中，為保證掘進(jìn)掌子面穩(wěn)定，需要合理設(shè)置土壓力，由于開挖面水土壓力與隧道覆土深度、地質(zhì)條件變化而時刻變化，因此土壓力控制是一種動態(tài)管理，在掘進(jìn)過程中需對開挖面土壓力進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，通過手動控制，保證壓力控制值在設(shè)定值±5%范圍內(nèi)。通過對盾體上觀察孔倉位檢查可粗略估算地層中匯水量，結(jié)合地層埋深合理調(diào)整停機(jī)過程中土倉壓力，依靠氣壓將土倉中積水排出。

2）掘進(jìn)停止前10～15cm 根據(jù)倉位情況可進(jìn)行原狀土填倉，保證土倉停機(jī)匯水可與原狀土相互混合，使下次推進(jìn)時渣土不會過稀，造成噴涌。

3）在長時間停機(jī)過程中向土倉中注入半倉以上高粘度膨潤土可有效防止復(fù)推時噴涌。根據(jù)倉位情況，復(fù)推過程中可先進(jìn)行土倉放水。

4）利用點位交錯，2～3 環(huán)管片施做1 道止水環(huán)箍，并且每隔20～30 環(huán)施做一道止水環(huán)箍（依據(jù)現(xiàn)場實際情況，酌情考慮），封閉管片壁后水道連通。施做止水環(huán)過程中需底部開孔引流。

5）協(xié)調(diào)好現(xiàn)場其他施工步序，保證盾構(gòu)施工連續(xù)性，避免長時間停機(jī)。

3.2 掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速控制

盾構(gòu)穿越珠江段，掌子面地層主要以＜8-3＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和＜9-3＞微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，局部存在＜8-1＞中風(fēng)化礫巖。每環(huán)對掘進(jìn)渣樣進(jìn)行分析，防止地層突變、強(qiáng)度變大對刀具和刀盤造成傷害，掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速動態(tài)管理。

3.3 同步注漿控制

1）每噸同步注漿的漿液配比為：水∶水泥∶細(xì)砂∶膨潤土∶粉煤灰=320kg∶95kg∶ 570kg∶65kg∶270kg。

2）同步注漿速度應(yīng)與掘進(jìn)速度相匹配，按盾構(gòu)每完成1 環(huán)1 600mm 掘進(jìn)的時間內(nèi)完成該環(huán)注漿量來確定其平均注漿速度。

3）采用注漿壓力和注漿量雙指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)（即雙控），即當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)定值，注漿量達(dá)到設(shè)計值的85%以上時，即可認(rèn)為達(dá)到了質(zhì)量要求。

4）掘進(jìn)過程中對脫出盾尾管片進(jìn)行開孔檢查，檢查漿液密實程度。若在連續(xù)的檢查中發(fā)現(xiàn)密實程度差，漿液流失嚴(yán)重，可在同步注漿泵引出1～2 根同步注漿管用于管片脫出盾尾的補(bǔ)漿，同步注漿方量適量減少用于補(bǔ)漿。

3.4 二次注漿及止水環(huán)施做控制

1）漿液配比 水泥漿采用42.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比為1 ∶1；水玻璃采用波美度38的溶液與水按1 ∶1 進(jìn)行稀釋。注入時水泥漿與水玻璃體積比為水泥漿：水玻璃=4 ∶1。漿液密度為1.44g/cm3，凝結(jié)時間為20～48s。

2）二次注漿控制標(biāo)準(zhǔn) 注漿壓力達(dá)到0.4～0.5MPa；注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量，注漿效果達(dá)到注漿的目的；當(dāng)發(fā)現(xiàn)管片有明顯變形，應(yīng)停止注漿；根據(jù)管片上浮及開孔檢查情況，優(yōu)先進(jìn)行隧道頂部注入填充，底部進(jìn)行開孔放水引流。

3）止水環(huán)控制標(biāo)準(zhǔn) 利用點位交錯，2～3 環(huán)管片施做1 道止水環(huán)箍，每隔20～30 環(huán)施做一道止水環(huán)箍（依據(jù)現(xiàn)場實際情況，酌情考慮），封閉管片壁后水道連通。同時根據(jù)現(xiàn)場實際情況及監(jiān)測結(jié)果，及時進(jìn)行二次注漿，以彌補(bǔ)同步注漿的不足。

3.5 盾構(gòu)姿態(tài)及管片拼裝控制

在盾構(gòu)穿越的過程中盡可能勻速推進(jìn)，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻，控制每環(huán)的糾偏量不大于6mm，以減少盾構(gòu)施工對地層的影響。具體盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制及糾偏注意事項如下。

1）盾構(gòu)提前進(jìn)入S 彎緩圓曲線線左（右）30～40mm 掘進(jìn)。

2）掘進(jìn)過程中同時注意鉸接油缸行程、鉸接密封檢查及盾尾間隙。將盾構(gòu)調(diào)整到良好的狀態(tài)，并且保持良好姿態(tài)穿越珠江。

3）曲線段掘進(jìn)過程中調(diào)整好分區(qū)壓力，保證盾構(gòu)以均勻、平緩的姿態(tài)沿曲線半徑掘進(jìn)。糾偏不宜過大、過快，及時檢查千斤頂油缸及管片是否出現(xiàn)破損。

4）盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制極其重要，應(yīng)按照有關(guān)技術(shù)要求，做好測量定位工作，每30 環(huán)對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)測。

5）盾構(gòu)掘進(jìn)完成后，處于拼裝狀態(tài)時，千斤頂?shù)氖湛s會引起盾構(gòu)的微量后退，因此在盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束之后不要立即拼裝，等待幾分鐘后，待周圍土體與盾構(gòu)固結(jié)在一起后再進(jìn)行千斤頂回縮，回縮千斤頂數(shù)量盡可能少，滿足管片拼裝要求即可。在拼裝的過程中，操作手拼裝盡量柔和，防止管片之間劇烈碰撞而損壞管片及止水條。

3.6 施工監(jiān)測

施工監(jiān)測主要有成型隧道姿態(tài)監(jiān)測。通過監(jiān)測布設(shè)于隧道周邊上的兩個監(jiān)測點之間的距離，求出與上次量測值之間的變化量即為此處兩監(jiān)測點方向的凈空變化值。讀數(shù)時進(jìn)行3 次，然后取其平均值。根據(jù)地質(zhì)特性，江底地層穩(wěn)固性較好，對于江面監(jiān)測主要以巡查有無旋渦、氣泡為主。

4 結(jié)語

盾構(gòu)下穿珠江風(fēng)險很高，為保障施工安全和施工質(zhì)量，對現(xiàn)場施工參數(shù)把控、流程把控管理精細(xì)，做到預(yù)防事故發(fā)生，施工平穩(wěn)有序的進(jìn)行?，F(xiàn)場測量監(jiān)控及時、細(xì)致，安全和質(zhì)量把控到位。