盾构法在砂层长距离穿越既有箱涵施工控制措施

盾构法在砂层长距离穿越既有箱涵施工控制措施

冼宇婷

（广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州）

摘  要  本文以东莞地铁一号线盾构穿越既有雨污水箱涵为工程背景,针对盾构施工引起的既有箱涵沉降、变形问题,采用现场监测、增加箱涵两侧深孔土体测斜相结合的方法进行了研究,主要的工作和成果如下：总结和论述了盾构法施工的主要技术环节和影响周围环境的主要施工因素，结合实际施工参数推进速度、排土量、土仓压力、注浆压力、注浆量进行了分析,并提出减小施工对地层扰动的对策。

关 键 词  盾构法 穿越既有雨污水箱涵  减小施工对地层扰动的对策

1工程概况及环境

1.1工程概述

东莞地铁一号线区间在DK43+500.000～DK44+918.675处下穿排水箱涵，长度418.675米。排水箱涵沿隧道纵向敷设，箱涵顶板混凝土结构，侧墙、中隔墙、底板为浆砌片石结构，宽10米，深3米，埋深0.5m。隧道拱顶距离箱涵底部埋深约12-12.6米。

1.2水文地质条件

里程DK43+582～DK44+535.675为软土层，地质条件主要为隧道范围8-2-1块状强风化混合花岗岩、8-2土状强风化混合花岗岩、8-1全风化混合花岗岩、6-6砂质粘性土，隧道埋深约15.2-15.6米。

里程DK43+500～DK43+582为上软下硬地层，地质条件主要为隧道范围8-4微风化混合花岗岩、8-3中风化混合花岗岩、8-2-1块状强风化混合花岗岩、8-2土状强风化混合花岗岩、8-1全风化混合花岗岩、6-6砂质粘性土，隧道埋深约15.0-15.4米。

结合详勘报告，砂质黏土及风化岩，在不受施工扰动的情况下，地层具较高的承载力，如受施工扰动残积土极易变形，遇水软化崩解，承载力大幅度降低，在短时间内极易发生坍塌变形。

2施工重难点及沉降因素、范围分析

2.1引起沉降主要因素：

（1）盾构机在设计与制造时，刀盘都会大于盾体。由此，在掘进过程中，开挖面会与盾体形成大约20mm～30mm的间隙。而这间隙盾构机壳体上方沉降，尤其是浅覆土、沉降反应比较灵敏的地层。

（2）盾构施工引起地层损失较难控制，除盾构设备本身就会造成地层损失外，在管片拼装时，正面土压力将不可避免损失；此外，同步注浆效果不确定，对于惰性浆，还存在浆液泌水收缩等问题，过大的注浆压力容易劈裂周边土体，造成长期沉降。

（3）地层二次扰动沉降较难控制。

（4）不良地层中，盾构掘进过程土压设定过大，气压击穿地层引起冒浆、气前期隆起，后期不均匀沉降等。

2.2盾构掘进对地表沉降影响范围：

（1）在盾构推进前的5～20m范围内受土体扰动和流失影响表现为沉降；

（2）盾构机开挖周围表现为下沉；

（3）在盾构切口至5m范围内根据盾体土仓压力表现为隆起或下沉；

（4）管片脱出盾尾至同步注浆凝固期间地表下沉；

（5）隧道上方建构筑物滞后下沉。

因此对盾构施工导致地面沉降规律及影响范围，分析盾构施工存在的安全风险，采取相关针对性的措施控制风险及沉降。

3盾构穿越排水箱涵前施工措施

（1）进行调查、评估箱涵确定危险等级，编制相关调查及评估报告；

（2）地层空洞超前探测，采用地质扫描施工前对盾构接近施工区地层进行超前探测，避免存在的地层缺陷；

（3）施工前加固措施，对箱涵下方上软下硬段、砂层段进行加固WSS注浆加固，加固范围为隧道两侧各1米，浆液采用双液浆。未采取地面预加固地段采取跟踪补偿注浆措施，掘进过程可根据沉降监测情况，对隧道拱顶地层采用WSS跟踪补偿注浆措施。

（4）为了使盾构能顺利下穿箱涵段，根据相关工程经验，对盾构机的刀盘防结泥饼、防喷涌、盾尾密封等进行针对性选型保障措施。

（5）采取严密的监测措施，尤其是要进行第三方监测,通过第三方与施工方监测成果的比较分析，及时掌握施工对周边环境的影响。

4盾构穿越排水箱涵过程施工技术环节

盾构下穿排水箱涵前50米应进行盾构试掘进，收集、整理、分析及归纳总结各试掘进段的掘进参数（推力、扭矩、渣土改良、掘进速度、土压）及地表沉降数据，制定正常掘进各地层操作规程，为保证盾构快速、连续、安全的穿越箱涵提供依据。

4.1盾构姿态调整

盾构到达箱涵10米前，对盾构姿态和地下导线控制点进行严密复测，严格平差。对盾构机VMT导向系统数据重新进行校核，以确保盾构机掘按隧道设计轴线方向顺利掘进。盾构机姿态高程、平面控制在±30mm范围之内，单环纠偏量不超过5mm。

4.2采取气压辅助平衡模式掘进

（1）土仓压力的确定

根据盾构下穿排水箱涵前50米应进行盾构试掘进参数统计及沉降数据分析，掘进过程中采用气压辅助模式，土仓内渣土液位2/3，剩余部分为气压，为保证土体稳定，设定气压略高于计算土压力。

（2）出渣量控制

盾构掘进过程中应实时监控管理掘进出渣情况,推进过程推进30公分就进行一次行程及出渣量的差值比对，确保出渣量稳定,无超挖现象。区间单环理论出土量为57.4。根据地勘资料，此段主要地层为强风化、全风化花岗岩，取松散系数为1.3～1.4，故单环出土量实际按照75～80

控制，整体出渣量在可控范围之内。

4.3推力、刀盘转速及掘进速度控制

根据施工经验，盾构穿越箱涵主要控制以下参数，刀盘扭矩110～170t·m，刀盘转速1.5～1.6r/min,推力1300～1600t，推进速度10～35mm/min。同时要保证泡沫和膨润土的注入量,以减小刀盘转矩和刀具的磨损。施工阶段密切关注盾构各系统参数使盾构平稳通过。

4.4同步注浆

区间单环理论建筑空隙量为4.5m³/环,根据经验公式和区间施工经验，此类地层注浆量取理论体积的150～180%，即单环注浆量为6.7～8.1m³。

同步注浆采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设定值的85%以上时，同步注浆压力设定为土压力的1.5-2倍，即可认为达到了质量要求。

4.5渣土改良

根据隧道开挖范围地质情况，为避免掘进时出现超挖、喷涌等不良工况，渣土改良采用膨润土与泡沫剂溶液结合，其中泡沫溶液浓度3%、发泡率10～15倍；膨润土水土比8:1，在改良渣土的同时又可以降低刀具温度，避免刀具出现非正常磨损。

4.6盾构壳体外的径向注入膨润土

进入风险源前十环开始，从盾构机中盾的径向孔同步注入一定稠度的膨润土，及时填充盾构施工过程中由于刀盘超挖造成的盾体与土体之间的空隙，每环注入量为2～3m³，结合盾构正上方地面的沉降量及时调整，确保盾体间隙及时填充。

4.7穿越后施工措施

盾构机穿越后应结合监测数据，及时进行二次补注浆，补充因浆液凝固造成的空隙，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降。

4.8监控测量

箱涵监测点主要有箱涵盖板的监测及侧向土体的测斜监测。

箱涵盖板监测点埋设的方法是：先在箱涵上方土体打孔，然后将螺纹钢（Φ20mm）预埋件放入至箱涵盖板，孔与监测点四周空隙用砂子填实。测斜管的布设为在箱涵一侧距离箱涵0.1米钻孔，钻孔深度超过箱涵底部不少于3米，插入测斜管，四周空隙用砂子填实。

盾构推进前，找到地面相应位置，在盾构机前方50米打开箱涵上方井盖，加装照明探灯及红外监控系统，时刻监视箱涵内部情况。

5结论与建议

通过上述措施，盾构下穿箱涵引起的沉降控制在设计允许范围以内,其中箱涵地表监测点累计沉降最大处为-23.44m，土体测斜监测点累计最大-5.53mm。

由于施工状态的多变性、土体特征及地层条件的不确定性，盾构施工引起的地表沉降和地层位移是相当复杂的，如何有效控制沉降是当前盾构施工的重难点。施工时要根据地质特性综合考虑，遵守“模式正确、土压合理、防范失水、快速掘进、及时注浆、注浆充分、严密监测、迅速反馈"的原则，对其施工风险做出科学、有效的的评估，制定可行性的施工措施及预案，是保证工程安全的基本保障，对盾构施工全过程进行动态监控和及时处理，是控制安全的有效手段。

参考文献：

［1］江英超，何川，胡雄玉，方勇.砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究[J].岩石力学与工程学报，2015，32（12）：2550-2559.

［2］陆征宇.软土地层地铁盾构施工风险评估与控制方法研究[J].西安建筑科技大学，2015.

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