大直径土压平衡盾构穿越下穿市政隧道的研究

肖小亮

【摘 要】随着各地盾构施工的日益发展，越来越多的盾构线路需要穿越既有市政建筑。其中，桥梁、既有隧道、河流及机场等关键位置的安全穿越尤为重要。论文以成都轨道交通18号线火—孵—锦盾构区间施工为背景，针对下穿既有下穿市政隧道这一重要节点的施工技术进行讨论研究，为盾构隧道穿越重点市政项目的施工提供参考依据。

【Abstract】With the development of shield construction in various places， more and more shield lines need to cross the existing municipal buildings. Among them， the safe crossing of bridges， existing tunnels， rivers and airports is particularly important. This paper takes the construction of railway station—incubation garden—Jincheng square shield section of Chengdu rail transit line 18 as the background， discusses and studies the construction technology of the important node of the existing underpass municipal tunnel， and provides the reference basis for the construction of the shield tunnel through the key municipal project.

【关键词】隧道施工;大直径盾构;穿越建筑;施工技术;风险控制

【Keywords】 tunnel construction; large-diameter shield; crossing construction; construction technology; risk control

【中图分类号】TV554                                               【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）10-0191-02

1 工程概述

本工程为成都轨道交通18号线火车南站—孵化园站区间、孵化园站—锦城广场站区间。区间采用盾构法施工，区间隧道开挖洞径为8.63m，管片外径8.3m，内径7.5m，管片厚度为0.4m;隧道最小曲线半径为450m，最大坡度为24‰，最大埋深25m，最小埋深为8.3m，管片环宽为1.5m。区间隧道自火车南站始发后，沿天府大道东侧辅道向南前行，穿越三环路天府立交桥后依次侧穿四川投资大厦、国家开发银行四川分行、四川联合产权交易所大厦、三峡大厦后下穿府城大道市政下穿隧道，侧穿旺旺集团后到达火—孵区间风井（左线单线井），之后側穿首座酒店、成都银泰中心，以1500m的曲线半径向西侧弯转，横穿天府大道后侧穿成都银行大厦到达天府大道西侧的孵化园站。自孵化园站过站后，以曲线半径600m/800m弯转向天府大道东侧，途中下穿锦城大道市政下穿隧道，天府大道海洋公园段市政下穿隧道后到达天府大道东侧的锦城广场站。

2 盾构下穿施工前的组织策划

①编制完善的工程安全质量保证体系及制度。确认现场管理人员及劳务人员数量可以满足盾构穿越期间的施工掘进需求。②组织专家对区间重大危险源安全专项施工方案进行评审，并按照专家的意见进行修改完善报监理进行审批。③提前对准备穿越的建筑物进行现状调查，以前期掘进渣土样本及地质图确定本次穿越为全断面中风化泥岩地层，不需进行预加固及降水井布设。按照监控量测方案完成相应监测点的布设和初始值采集工作。④提前编排盾构穿越存在风险的重大建筑物期间单位各职能部门领导24小时值班表，同时传达到地面地下的管理人员，确保施工信息的及时传递。⑤盾构穿越前的技术措施。第一，技术交底。盾构穿下穿隧洞前必须将三级交底下发到作业班组，让每一个参与施工的人员都知道危险源的情况，提高思想意识，加强施工中的过程控制。第二，提前与产权单位联系，取得其对地铁施工的理解和支持，在相关管理部门办理好各项施工手续后再施工。第三，施工掘进施工控制上要保证参数的合理性，在通过危险源等重要地段要确保保压掘进，并严格控制出渣量。第四，穿越前对下穿隧道内布设监测点，并对初始值进行采集。第五，备足盾构施工所需各材料、物资、配套机械设备，抓好各项工序衔接，减少盾构机在该段的停留时间。第六，落实盾构穿越危险源期间领导值班制度，确保出线应急情况第一时间进行处理。第七，机械设备全面检修及维护。在盾构机穿市政下穿隧道之前必须对盾构机及后配套设备进行一次全面的检查，避免在盾构机下穿过程中因设备原因停机。第八，在盾构下市政隧道影响范围内加密布置沉降监测点，盾构隧道掘进过程中进行24小时不间断监测。第九，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装时间，缩短盾构停机时间。快速高效拼装。拼装结束后尽可能快地恢复掘进。第十，加强地面监控，安排专人对下穿隧道进行巡视。

3 盾构下穿施工中的重点控制

3.1 盾构掘进控制

盾构掘进应坚持“控制扰动，安全、连续、快速均衡通过”的原则，尽量减少盾构施工过程中的地层变形是一个有效手段，其关键在于通过控制盾构掘进参数和注浆参数来减少对地层扰动和地层损失。

盾构掘进参数：①盾构推进速度控制≯65mm/min，快速通过减少扰动。推进过程中同步注浆量控制在每环（1.5m管片）不少于7.5m3（泥岩地层），注意洗管，保证不堵管，注入速度与掘进速度相匹配。②刀盘转速在1.2～1.6rpm，加强地面监测，根据监测结果及时调整掘进参数。③严格土量管理，根据刀盘转速确定螺旋输送机转速。每环（1.5m）出土量控制在117m3以内，减少土体扰动。④推进过程中每10环进行盾构机姿态复测，盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±50mm，姿态纠偏过程中遵循“勤纠少纠”的原则，严禁在通过时超量纠偏、每环纠偏量不大于5mm。⑤加强渣土的改良。一是利用泡沫剂对刀盘前面的掌子面原土进行改良，二是在土仓内利用注入泡沫剂和水对没来得及改良的渣土进行二次改良，三是在螺旋机筒壁上设置的泡沫和水注入口，注入泡沫剂和水对渣土进行更加充分地改良。通过三次改良达到出渣顺利的效果。

在盾构下穿过程中加强监测，并根据监测数据不断优化并调整掘进参数，不断完善施工工艺。

3.2 二次注浆

掘进过程中精确统计出土量，加强地面监测，根据地表沉降、土层水平位移等监测数据，适时进行土体固结沉降阶段管片壁后跟踪注浆，以补充固结沉降引起的地层损失。二次注浆在已拼装管片后7～10环进行。浆材料一般采用水泥浆液，特殊情况下采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比为0.8：1～1：1，水波璃浓度为25～30波镁度，水泥浆和水玻璃的体积比为1：1～2：1，初凝时间20s内。注浆终压：0.2～0.4MPa。

3.3 洞内深孔注浆

根据设计要求对穿越市政下穿隧道从洞内进行深孔注浆加固，加固范围为管片上部150°范围，下穿府城市政下穿隧道加固里程段为YDK11+786.886～YDK11+850.107/ZDK11+789.2137～ZDK11+852.461，下穿海洋公园下穿隧道加固里程YDK13+624.000～YDK13+735.000/ZDK13+709.000～ZDK13+714.000。注浆管采用?42×3.5mm的钢花管。注浆材料一般采用水泥浆液，特殊情况下采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比为0.8：1～1：1，水波璃浓度为25～30波镁度。水灰比为0.8：1～1：1，水波璃浓度为25～30波镁度，水泥浆和水玻璃的体积比为1：1～2：1，初凝时间20s内。注浆终压：0.2～0.3MPa，钻孔深度2m。

3.4 风险管控

对既有建筑物的监控量测，主要采取人员巡视观测、设置地表沉降点观测、设置隧道内控制点观测、盾构掘进时数据变化观测等方法。盾构穿越期间加强地面与洞内的交流，洞内增加渣样取样频率，精确加水、出土量，紧盯掘进参数是否正常。地面增加建筑物巡视频率，提前考虑后配套的存量，加强后备维修人手。存在异常立即通过电话及网络通讯工具逐级反映，确保问题最快得到解决。尽量避免盾构在穿越过程中出现停机情况。将穿越施工风险降到最低。

4 盾构下穿施工的应急处置

①如果由于注浆不饱满造成的地面建筑物沉降，根据发生沉降的里程所对应的洞内位置，在管片吊装孔上打孔，加注水泥和水玻璃双液浆，直至隧道上方可能存在的空间被浆液填充满。这种方法在控制隧道上方地表沉降最为有效，对于控制浅基础建筑物沉降作用非常大。②如果由于开挖面压力不够造成地面建筑物沉降，则提高土仓压力，并改良好仓内土体，同时增加同步注浆压力。③加强施工监控量测工作，确保施工期间路面沉降控制在规范允许的范围内，发现数据异常及时反馈，必要时停止施工及对交通进行临时管控，待分析原因、采取措施后再繼续施工。④建筑物结构发生异常情况，出现比较严重的裂缝，应采取以下措施：第一，立即疏散建筑物内人员，直至沉降稳定;第二，在隧道内进行二次补注浆，加注水泥和水玻璃双液浆，直至隧道上方可能存在的空间被浆液填充满。第三，立即组织对建筑物地基加固。在建筑物体周围5.0m范围内采用袖阀管注浆进行加固土体。⑤发生地面沉降超限后在车辆通行的地段铺设厚度为2cm的钢板，使路面从点受力变为面受力。

5 结语

通过结合施工现场下穿既有下穿隧道的实例，对大直径盾构线路穿越重大建筑物的流程进行了整体的论述。明确了各阶段准备工作的事项，尽可能地减少了穿越建筑物这一重大风险源对盾构施工的影响。同时提出了异常情况下急需的应急措施，希望上述可以有助于今后的同类工程顺利进行。