浅埋盾构下穿河流施工控制技术

翟泾栓

摘 要：本文以沈阳市运河水系综合治理工程为依托，根据现场施工情况，对浅埋土压平衡盾构穿越淤泥质河道施工控制技术进行了研究，施工期间采取河道内设置抗浮板，优化盾构推进参数，合理控制盾构姿态，加强水位监测等有效手段，经现场实践表明，以上措施对河床扰动较小，施工效果显著，可为类似工程提供参考。

关键词：盾构；浅埋；下穿河流；施工控制

引言

城市地下输水隧道作为一种安全、快捷高效环保的输水形式，迅速成为解决城市地面建设问题的首要选择。在城市地下隧道修建工程中，针对盾构下穿江河施工的案例并不缺乏，但多采用泥水盾构进行施工，土压平衡盾构由于自身特点，在下穿河道的应用案例较少。我国虽然在土压平衡盾构下穿河道的研究及施工经验有了一定积累[1-3]，但针对土压平衡盾构快速通过超浅埋且存在断层破碎带河道的施工案例尚未有相关的文献报道。

本文以沈阳市运河水系综合治理工程（新开河东段）截污工程四标段区间施工为依托，对土压平衡盾构穿越超浅埋且存在淤泥地带的河道的施工控制技术进行了研究及应用。经现场实践表明，该系类施工技术取得了良好的效果，研究成果可供类似工程参考应用。

工程概况

本工程为沈阳市运河水系综合治理工程（新开河东段）截污工程四标段。管道主线起点位于崇山东路北塔桥西北侧河岸绿化带内，主要沿新开河向东南方向敷设，沿途下穿崇山东路、北塔公园、京哈高速铁路地面线及沈阳大学等区域，终点位于联合路吉祥桥西北侧河岸绿化带内。起止里程为YK8+001.42～YK10+560.88，全长约2.559公里。沿线联合路、北三、新北、宁山路、崇山东路等现状排水泵站以支线形式接入主线。管道覆土厚度主要为5～9米，主线结构主要采用明挖法、盾构法、暗挖法施工。

本标段盾构段起止里程为YK8+403.87～YK9+888.72，长约度1484.85。其中下穿新开河段长度约150m，新开河为沈阳城北的一条人工河，水深约2～3m，河面宽度约30m。河底盾构段覆土约3m，区间掘进断面主要地质为中粗砂、淤泥质粘土，该地下水主要以大气降水、河流地下渗入为补给来源，地下水丰富，考虑沈阳地区枯水与丰水期水位变幅影响，本工点抗浮水位标高按地表下3m考虑，盾构下穿新开河段平面图如图1所示。

施工控制措施

3.1抗浮辅助措施

拟建管道埋深局部位于地下水位以下，施工及使用期间应考虑地下水对构筑物的浮力作用，计算结果表明结构自重及上方覆土无法满足抗浮要求，经研究后设置抗浮板及抗拔桩辅助措施，可满足盾构施工过程压重及运营期间结构抗浮要求。抗浮板及抗拔桩断面示意图如图2所示。

盾构机掘进至河道前对管道上方增加抗浮板，具体施工步骤如下：

（1）分两期对河道进行土石坝围堰，清除管道上方至抗浮板之间杂填土，并施工钻孔灌注桩。

（2）在管道上方回填C15素混凝土至抗浮梁底标高处。

（3）施工抗浮梁及抗浮板。

（4）抗浮板施工完成后，在其上方回填500厚黏土层，防止渗水。

（5）拆除土石坝围堰，恢复河道。

3.2盾构参数优化

盾构施工是一个系统复杂的工程，本工程盾构施工期间针对土仓压力、渣土改良、掘进速度、同步注浆质量及数量等方面进行有针对性的优化，为盾构安全、匀速穿越河流提供了技术保障，具体盾构参数如下：

掘进速度：40-50m/min；土压控制：0.06-0.09 MPa；加泥数量：3-5m?；加泥压力：0.15-0.2 MPa；

同步注浆压力：0.25MPa；同步注浆量：1.9-2.2m?；

二次注浆量350-600L；二次注浆压力：0.4～0.45MPa；加泡沫量：0.5-0.75m?；泡沫注入压力：0.28～0.37 MPa。

3.3控制盾构姿态及推进速度

盾构掘进进行严格的线形控制和姿态控制，姿态调整不宜过大、过频，减少纠偏，特别是较大的纠偏，每环的姿态调整控制在±5mm范围内，以避免对土体的超挖和扰动。

盾构下穿时合理控制掘进速度，速度控制在50mm/min，避免出现速度较大波动，保证在下穿时匀速通过，将对地层的扰动降到最小。

穿越河流过程中，如出现隧道涌水现象，立即停机，关闭阀门，检查抗浮板措施及土石坝围堰，根据实际情况调整盾构机掘进参数，调整完毕后恢复掘进。

同时，施工前应制定施工应急预案，根据现场情况，如遇结构上浮、渗漏水及变形等情况，应立即组织有关技术人员查找原因并商讨采取有针对性的处理措施，如注浆加固或压重等，以便消除隐患保证施工安全。同时应对施工方案、施工进度、保护措施、工艺方法等作检查和完善。如情况进一步恶化，应立即停止施工，撤离施工人员。组织专家分析原因并制定合理的应对措施。

3.4防止非正常停机

盾构机在穿越河道前，对盾构机性能进行检查，确保盾构穿越河道过程中各项指标最优，避免非正常停机。穿越风险区前，对穿越地段地下做详尽的地质勘探，彻底摸清地下障礙物情况，排除意外因素。进入风险区前对盾构机及配套设备进行认真全面的检查，保证盾尾刷的防水密封效果，防止掌子面和土仓内水土及注浆浆液通过盾尾刷进入盾体内流失，尽快调整好盾构机的施工状态，以最好的状态通过风险区。盾构推进过程中保压推进，注入聚合物进行渣土改良，防止喷涌。按要求施做止水环，同时补注二次浆液。

3.5水位监测分析

下穿河流应尽可能选择枯水期进行施工，同时辅以必要的现场监测，其中尤以水位监测最为重要，施工期间水位监测曲线如图4所示。

经过对监测结果与施工情况及推进参数分析后表明：

（1）施工期间水位基本稳定，盾构掘进参数及推进速度合理。

（2）在盾构隧道施工条件下，影响地层沉降的最主要因素为土仓压力。因此，在盾构掘进中，保持土仓压力与掌子面压力平衡是减小地表沉降、保证水位安全的一个重要因素。

（3）同步注浆量也是影响变形稳定后地表沉降的主要因素。本文依托工程盾构穿越地层特点，说明在中粗砂地层条件下，适当增加注浆量，可有效减少后期沉降。

（4）地表沉降对盾构刀盘扭矩和同步注浆压力的敏感性，相对土仓压力和同步注浆量较小。

结语

根据土压平衡盾构隧道穿越超浅埋淤泥质土层河道的施工难题，分别从施工前的河床加固、抗浮压重、合理设置盾构施工参数、控制推进姿态及配合现场监测等方面着手，有效控制了地层损失，以达到尽量减小地表沉降的目的。目前盾构施工较重要的施工参数包括土仓压力、掘进速度、盾构总推力、刀盘扭矩、刀盘转速、同步注浆压力、同步注浆量、二次补浆参数、盾构姿态偏移量等。经现场实践表明，本工程采取的措施对河底和地表的扰动较小，施工效果显著，具有一定的工程推广及参考价值。

参考文献（References）

[1] 刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[2] 杜玉奇.城市轨道交通隧道盾构施工关键技术探讨[J].天津科技，2009（4）：45-46.

[3] 陈周斌.土压平衡式盾构穿越建筑群施工控制技术[J].城市轨道交通研究，2010，13（11）：69-73.

[4] 马险峰，王俊淞，李削云，等.盾构隧道引起地层损失和地表沉降的离心模型试验研究[J].岩土工程学报，2012，34（5）：942-947.

[5] 陈福全，李大勇，王晖.地铁盾构机掘进对周围环境影响的现场测试研究[J].铁道工程学报，2007，（9）：46-50.

（作者单位：中铁一局集团第二工程有限公司）