砂性地层中盾构长距离下穿机场捷运工程施工

李永

摘要：文章以盾构在密实细砂层中长距离下穿机场捷运工程为背景，结合其特有的地质特点、复杂的工况条件，详细地分析郑州地区密实细砂层中盾构长距离正下穿机场捷运工程技术措施，为类似细砂层中盾构长距离的正下穿重要的建（构）筑物提供参考。

关键词：盾构；长距离下穿；密实细砂层

中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）13-70-03

1.工程概况

郑州市南四环至郑州南站城郊铁路工程一期工程土建施工第08标段终点盾构井一机场站区间采用盾构法施工。隧道外径6.2m，管片宽度1.5m，管片厚度0.3m。区间隧道需下穿机场捷运工程，且与捷运通道净距8-9.2m，穿越长度包括一座捷运车站及一段捷运区间（总长约649m，地下一层结构：捷运车站长132m，净宽35.4m，区间长517m，净宽20.7m，底板厚度均lm）。捷运通道上方地面为机场滑行道。盾构下穿捷运工程平、剖面图如图1所示，捷运车站、区间断面与隧道的相对位置如图2所示。

3.长距离正下越捷运工程施工难点

（1）盾构施工隧道轴线控制在±50mm内，上方地表沉降控制在-15-+5mm内，捷运工程的沉降控制在-5-+5mm内。

（2）盾构砂性地层长距离下穿捷运区间及车站，双线下穿长约649m。可能引起捷运工程结构变形，接缝处漏水，严重时可能造成捷运工程结构裂缝或破坏。隧道与捷运工程竖向净距约8-9m。

4.盾构穿越捷运工程前的准备工作

（1）盾构区间穿越前制定完善的穿越捷运工程专项方案，严格控制盾构施工参数，包括正面压力、推进速度、同步注浆量等，以减小盾构施工对上方捷运工程的影响，并作好相关应急预栗。

（2）在捷运工程结构底板预留注浆管，在双线隧道上方及两条隧道中间各设一条，各孔纵向间距2m，共计预留3条。预留孔作为盾构推进阶段的监测及应急注浆（如图3所示），在盾构通过后，根据变形情况对捷运工程底板下土体进行注浆，以填充盾构推进变形造成的空隙。结构变形监测指标按以下控制：结构总沉降量不超过5mm，结构接缝处差异沉降量不大于5mm。当变形达到允许值的80%时，应采取相关措施以控制变形，根据实际情况对捷运工程底板往下注浆或者利用隧道多孔管片对上方土体进行加固，避免结构产生破坏。

（4）采用预留注浆孔衬砌环，在盾构通过后，根据监测数据，当监测数据达到警戒值（允许值的80%）时，对盾构上方土体进行注浆加固，减少后期沉降。

（5）盾构推进前对盾构机刀盘进行加强，同时为了使盾构掘进出土更畅通，将刀盘开口率增大到50%，提高刀盘长距离穿越砂层的可靠性。

5.穿越段施工

盾构机在穿越捷运工程过程中，必须按编制的专项方案指导施工，特别注意每环出土量、土压力控制、土体改良及同步注浆等4个方面。

5.1严格控制出土量

推进中尤以出土量的控制为重点，即每掘进1.5m的行程，理论算出的出土量为44m³。根据本标段施工的实际出土量及后期地面沉降数据分析，每环出土4个16m³的土箱，即64m³，后期沉降稳定（64m³包括许多方面的原因：a.土箱剩余的少量土，b.土体改良加入的5-7m³的泡沫和水，c.土体的松散系数1.2）。在盾构穿越捷运工程过程中，严禁出现超挖现象，即每环控制在4箱以内。当出土量出现少量的超挖现象，必须采取下列措施（在施工有这种情况发生）：掘进过程中加大同步注浆量：将螺旋机闸门开启一半甚至更小，同时根据掘进过程的盾构参数进行微弱调整，以控制出土量减小对捷运工程周围土体扰动。

5.2土压力控制

由于盾构机在砂性土中掘进施工，建立平衡土压力较为困难。所以在施工过程中，密切注意每个区域的土压力和油压的数值变化，根据不同的数据来控制螺旋机的开启大小程度，根据施工经验终结，在砂性土中土压力侧向系数取0.4-0.5。主要以控制每环出土量为主。

5.3土体改良措施

盾构穿越捷运工程中，为减小对上方土体的扰动，保证出土流畅，土体改良极为重要。根据类似地层施工的掘进改良参数进行分析和总结，土体改良采用2根泡沫管（边缘和中心）、1根加泥管（适当情况下可采用2根），当刀盘扭矩过大时，同时使用第三把泡沫枪，避免盾构机一直处于超负荷状态。土体改良效果如图4所示。

土体改良控制参数如下：

泡沫溶液的组成：泡沫添加剂5%、水95%。

泡沫组成：90%压缩空气和10%泡沫溶液混合而成。

泡沫用量：每环15-30L

通过良好的土体改良控制，盾构推进效果理想，具体参数如下：

推进速度：30mm/min

推力：<1500t刀盘扭矩：<2500kN·m

5.4同步浆液质量及注浆量控制

依据郑州地铁1号线紫荆山站一燕庄站一民航路区间隧道推进的浆液配比及本区间的浆液试验结果，本次推进浆液配比能满足以下条件：①稠度高，足以支护周边地层；②注浆材料可以充分填充到盾尾间隙的每一个角落：③硬化后，体积的缩小量小、止水性好：④能够进行长距离压送：⑤能够控制压浆量；⑥施工管理方便。浆液配比如表3所示，质量情况如图5所示。

盾构机每推进一环的建筑空隙为：1.5×3.14×（6.14²-6.00²）/4=2.00m³

穿越期间，同步注浆量控制在3-3.6m³，注浆量为理论建筑空隙的150%-180%左右，注浆压力范围0.05-0.08 MPa，以控制捷运工程、地表变形与盾尾不漏浆为原则。

6.施工监测

6.1沉降监测点布置

（1）在盾构区间隧道上方布置地面监测点。地面监测点分为：平行于隧道轴线的沉降监测点和垂直于隧道轴线的沉降监测点。平行于隧道轴线的沉降监测点每7.5m（5环）布设一点，垂直于隧道轴线的沉降监测断面每20环布设1组断面，每个断面

（2）在盾构区间隧道上方捷运工程内布置监测点。捷运工程内沉降点每4m布设一组断面，每断面6个监测点，如图7所示。

6.2监测结果

区间隧道地面监测沉降曲线如图8所示，捷运通道沉降曲线如图9所示。

盾构在穿越捷运工程施工过程中，区间隧道上方地面沉降控制在内-15-+5mm。捷运工程沉降累计变化量控制内在-5-+5mm。由隧道轴线偏差（图10）可见，区间隧道轴线控制在-50-+50mm内。

7.结语

盾构在砂性土层中长距离的穿越捷运工程风险较大，掘进参数、结构变形及地面和建（构）筑物沉降都难控制。本工程有效地控制了盾构在砂性土层中长距离的盾构穿越对捷运工程产生的影响。通过本工程顺利穿越捷运工程进行总结分析，按照“施工前编制详细的穿越建（构）筑物专项方案、应急物质落实到位；施工过程中优化的施工参数并安排专人对建（构）筑物进行巡视、根据监测数据及时调整施工参数：施工后及时的补充浆液，利用多孔管片多次少量进行注浆的原则进行穿越。双线盾构已顺利在砂性土层中长距离的穿越捷运工程，捷运工程沉降累计沉降最大值为-3.9mm，结构稳定无裂纹现象，地表累计沉降最大值-10mm，满足设计相关要求，为后期类似工程施工提供借鉴。