摘要：本文结合厦门市轨道交通1号线一期工程土建施工吕厝站～城市广场站区间实例，对城市轨道盾构法浅埋隧道下穿建构物和河流施工技术进行总结，全面分析和讨论了盾构法浅埋隧道下穿建构物和河流关键技术。
关键词：地铁 盾构法 浅埋下穿江头桥 筼筜湖 施工技术
1 引言
随着城市地铁建设的发展，越来越多的区间隧道采用盾构法进行施工，受城市建设及规划的影响，盾构法隧道势必存在下部穿越复杂地表环境的地层，盾构法隧道下穿城市湖泊是施工的难点。由于河床底部一般为透水性较好的砂层和具有流塑特性的淤泥质土，在施工时，可能会引起涌砂、突水现象，严重时可能造成冒顶事故；另一方面，由于下穿河流时覆土较薄，地下水丰富，盾构通过地层上软下硬，施工时易引起盾构机抬头，盾构推进过程中，有可能造成上部建构筑物的沉降及变形。本文结合厦门地铁1号线吕厝站～城市广场站区间下穿江头桥及筼筜内湖为例，探索并总结出盾构浅埋下穿城市湖泊及建构筑物的施工技术，为相似盾构隧道施工提供参考经验。
2 工程概况
2.1 概述
吕厝站～城市广场站区间盾构掘进时需下穿江头桥及筼筜湖（310～340环）。江头桥为双墩三跨简支盖板涵结构，长约30m，宽约60m；盖板涵基础为条形扩大基础，尺寸为5.6m*1.2m（宽*高）。江头桥下为筼筜湖分支，该分支横穿设计轨道，该分支宽约35m，水深约1.5～2.5m。隧道结构外轮廓与基础间净距约为3.6～3.8m。区间隧道与江头桥及筼筜湖的关系如下图。
2.3 周边管线
江头桥下部悬挂有给水、燃气、电力、通讯及雨污水管等16类管线，其中有压管线允许位移控制值≤10mm，倾斜率控制值≤0.002；无压雨污水管允许位移控制值≤20mm，倾斜率控制值≤0.005；无压其他管线允许位移控制值≤30mm，倾斜率控制值≤0.004。
2.4 水文地质
江头桥处（YDK8+555～YDK8+589）有筼筜湖分支横穿设计轨道，该分支宽约35m，水深约1.5～2.5m，以江头公园为末端，与筼筜湖贯通，地表水相对丰富。按赋存介质，地下水分为三类：赋存于第四系海积层及冲洪积地层中的第四系松散岩类孔隙水；赋存于残积层及基因全风化带中的风化残积岩孔隙裂隙水；赋存于基岩中的基岩裂隙水。
3 施工工艺技术
3.1 盾构穿越江头桥、筼筜湖
在盾构机通过期间，主要是预防地下水流失及减小扩大基础附近地层超挖，以减小对扩大基础附近的地层扰动，通过调整盾构掘进参数，加强同步注浆和二次补充注浆，加强施工监测频率，进行变形监测并及时反馈信息，保证桥梁安全。
3.1.1 盾构掘进通过前
①盾构机到达之前需细化完善通过方案。
②对下穿段范围盖板涵结构及筼筜湖现状进行详细调查。
③通过测量组再次确定江头桥、筼筜湖与隧道的关系，并计算出到达江头桥前的里程（ZDK8+010.960）和环号（314环），以便提前采取相应措施。
④重新检查桥基扩大基础和地面监测点的状况，加密监测点位。
⑤穿越前，对盾构机进行维护，必要时对刀具进行更换。
⑥做好应急预案和应急物资准备。
3.1.2 盾构掘进通过时
盾构掘进通过时，严格控制盾构正面土压力，以理论土压力及试验段所获得参数为依据、监控量测数据为指导，适时调整，同时避免土压力波动过大。
盾构机穿越江头桥施工方案的宗旨是：匀速、连续、低沉降、均匀沉降。措施的出发点是：低土压、少出土。
（1）掘进参数控制
1）土仓压力控制
穿越阶段土仓压力控制：按照分区段、平稳过渡的方式控制土仓压力。江头桥扩大基础及其之间连接板位置隧道顶部埋深不同，具体数值见下表：
关键点：
阶段控制里程和管片环号。根据设计图纸和现场实际测量放样，盾构机刀盘面板进入各桥墩的里程，见下表：
2）埋深突变点土仓压力控制
深埋转入浅埋，土仓压力值匀速降压，在进入后500mm行程范围内调整至控制值。
浅埋转入深埋，土仓压力值匀速增压，在进入前500mm,行程范围内调整至控制值。
3）出土量控制
理论出土量为39.55m³，松散系数取1.3，实际出土量为51.42m³，水平运输渣斗理论容积为18m³，理论计算为2.86斗。考虑现场实际情况。每环出土量控制在3斗。
控制关键点：分区段、均匀出土。1200mm推进行程，3斗矿车，每斗推进行程为400mm。
4）推进速度控制
匀速推进，推进速度控制值20～35mm之间。目的在于控制因推进速度跳动范围大，而造成出土量、土仓压力、扭矩、推进等掘进参数的突变。
5）掘进模式
采用土压模式掘进。全土压模式原理：当土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
优点： ①压力波动受螺旋输送机出土控制，便于土仓压力控制。
②降低气压平衡所产生的地层击穿的风险。
缺点：①容易出现刀盘结泥饼问题，如渣土改良效果差，且不及时，则土仓易结泥饼。
（2）施工技术措施
1）穿越前封堵注浆阶段
刀盘面板距离1号桥墩5米时，对安装环号后退5环～10环范围管片外侧进行高标号加强浆液注浆，以封堵成型隧道与地层间隙间地下水通道。
注浆控制点：
①高标号加强浆液，在现有同步注浆配合比基础上，增加水泥100kg/m³。
②注浆方式采用同步注浆形式。
③注浆量控制采用压力控制为主，量控制为辅。注浆压力控制最大值3.0bar,达到控制值即停止注浆。
2）穿越阶段补强注浆
为保证盾构机推进连续和同步注浆质量，补强注浆与同步注浆同时进行。
注浆方式：管片安装过程中，凿开管片注浆孔（吊装孔），安装注浆头。管片通过盾尾后，立即进行注浆补强。注浆机选用双液注浆机，浆液为水泥单液浆，水灰比1:1，注浆控制采用压力控制为主，压力控制值为3.0bar。
3）穿越后加强注浆阶段
盾尾穿越4号支墩后5环停机，对整个桥体范围四十环进行二次注浆，已增强成型隧道周边土体和桥体的稳定性。
注浆控制点同上，重点是注浆顺序是自1号支墩向4号支墩方向，以控制支墩的均匀沉降。
因盾构机后配套影响，部分管片点位无法开孔，但必须保证4个桥墩底部必须二次注浆。
注浆方式：利用管片预安装注浆头加强注浆。注浆机选用双液注浆机，浆液为水泥单液浆，水灰比1:1，注浆控制采用压力控制为主，压力控制值为3.0bar。
4）注意事项
①现场需准备30个注浆头。（注浆头与注浆机配套）
②穿越阶段盾尾油脂注入饱满，及时。油脂注入泵需保证正常完好工作状态。
（3）施工管理措施
1）设备检修。利用盾构机穿越前封堵注浆阶段，设备部对盾构机、门吊等所有机械设备进行彻底检修，已保证盾构机连续推进，并且对一些易损耗型配件采购进场。聘请中铁装备技术服务人员，穿越阶段驻场指导。
2）专人24小时桥面训视。工区指定专人在穿越阶段对桥面、水面、桥体、管线进行24小时训视，人员交接班现场交接，同时形成完整日巡视记录，并双方签字。巡视人员配备气体检测仪和手电筒。
3）主司机、值班工程师24小时在主机室值班，不得离岗，主机室现场交接班。交接班记录完成，双方签字。实时关注土仓压力变化。
4）领导带班制度，工区负责人、班组责任人穿越阶段24小时在岗。
5）穿越前同步注浆管路进行清洗。在封堵注浆阶段，对同步注浆机
3.2 盾构穿越江头桥下管线
盾构机掘进时，容易引起江头桥下管线下沉或变形过大。针对江头桥下管线情况，在盾构施工事前、事中和事后三个阶段分别采取保护措施：
3.2.1 盾构通过前的保护措施
①盾构施工前，完成对江头桥下盾构影响范围内的地下管线状况的调查、记录，弄清桥下管线的分布确切情况以及产权单位的保护要求，并对资料进行整理分析，上报。
②结合本盖板涵的地质情况和桥下管线情况，分析风险，确定桥下管线危险级别，并采取相应措施。
③为切实做好盾构施工期间桥下管线的保护工作，以及减少日后沉降管线处理纠纷，在对管线进行详细调查的基础上，结合管线下方地层及隧道穿越地层对其进行综合分析筛选，对风险较大的管线，施工期间重点监测。
④测量人员提前对桥下管线进行详细调查，摸清管线的现状，对已有破损及其它重要部位做好标记和记录，同时提前布设沉降监测点，完成初始值的测量。
⑤盾构通过前，必须保证盾构机及运输设备运行正常，物资供应充足，加强对设备的维护。
3.2.2 盾构通过时的保护措施
盾构施工过程中，桥下管线保护原则是保证盾构机快速连续地通过桥下管线，同时保证管片背后注浆。根据此原则，盾构机通过期间采取以下措施：
① 掘进模式：采取土压平衡的掘进模式，确保开挖掌子面稳定。
②根据地层情况、隧道埋深制定合理的掘进参数，时刻留意掘进参数变化。
③严格控制出土量，尽量避免掘进时产生地层损失。通过推进距离和出土量的比例来检验出土是否正常，当发生异常情况时，根据实际情况可采取提高土仓压力、加快推进速度等针对性措施。
④控制好姿态，防止由于盾构机过量超挖引起地层变形挪动。
⑤做好盾尾同步注浆，及时填充盾壳后面的空隙。做好盾尾同步注浆主要包括两方面：一是保证每环注浆量满足盾壳后方空隙的填充要求，二是根据推进距离调整注浆速度，保证脱出盾尾的空隙及时填充。必要时进行二次注浆。
⑥盾构隧道下穿燃气管、给水管等管线时，管片上增设注浆孔，并对遂顶150°范围土体进行深层加固。
⑦当盾构机在管线附近因故停机时，采取措施防止水土过量流失。
⑧值班制度：为使现场问题得到及时处理，保证盾构机安全快速地通过桥下管线，项目员工轮流排班值夜。
⑨发生管线破坏时，及时联系并协助产权单位进行抢修。
3.2.3 盾构通过后的保护措施
盾构机通过期间，可能对部分桥下管线产生影响，盾构机通过后仍需对其进行跟踪监测，必要时注浆加固，确保其安全。
3.3穿越段质量控制
在盾构穿越江头桥及筼筜湖过程中，盾构中心严格控制各项掘进参数，严密导线测量，克服了盾构法穿越软硬不均地层、盾构法浅埋下穿江头桥和筼筜湖等施工难题。区间左线盾构机于2015年10月21日开始穿越江头桥及筼筜湖施工，于2015年10月23日顺利穿过；区间右线盾构机于2015年12月25日开始穿越江头桥及筼筜湖施工，于2015年12月27日顺利穿过。通过监测，左右线地表、管线及建筑物沉降，隧道轴线偏差均满足规范和设计要求。其中成型隧道平面位置偏差值为-23mm～+36mm，高程偏差值为-31mm～+12mm，满足规范±100mm要求；地面、管线及建筑物沉降值为-13.01mm～+8.98mm，满足规范-30mm～+10mm要求。
4 结束语
在盾构机通过期间，主要是预防地下水流失及减小扩大基础附近地层超挖，以减小对扩大基础附近的地层扰动，通过调整盾构掘进参数，加强同步注浆和二次补充注浆，加强施工监测频率，进行变形监测并及时反馈信息，保证桥梁安全。
通过对地铁盾构法浅埋下穿江头桥及筼筜湖的施工，总结以下几点施工注意事项：
（1）盾构机穿越前，在桥梁基础和地面布设监测点，每天安排专人进行监测。
（2）盾构机穿越前，对盾构机进行维护，必要时对刀具进行检查及更换。
（3）盾构掘进通过时，严格控制盾构正面土压力，以理论土压力及试验段所获得参数为依据、监控量测数据为指导，适时调整，同时避免土压力波动过大。
（4）掘进期间，控制掘进速度，避免出现速度的较大波动，掘进时选择的速度为20～30mm/min，保证下穿时匀速地通过盖板涵，把对地层的扰动降至最小。
（5）盾构掘进时，严格进行线形控制和姿态控制，姿态调整不宜过大、过频，减少纠偏，特别是较大纠偏，本段掘进姿态调整控制在±5mm范围内，避免对土体的超挖和扰动。
（6）确保同步注浆质量和数量，使管片衬砌尽早支撑地层，减少施工过程中土体变形，注浆量不得少于原有注浆量的1.5倍。
（7）做好盾尾油脂的压注，确保盾尾油脂密封压力，保证盾尾密封和铰接密封的防渗漏效果，严禁盾尾密封和铰接密封发生渗漏。
（8）盾构机通过江头桥后，仍需对盖板涵基础倾斜及沉降进行监测，直至监测数据趋于稳定。
（9）盾构机通过后，对穿越段管片进行二次注浆，防止地表产生后续沉降。
参考文献
[1]王晖,谭文,黄威然.广州地铁三号线北延段盾构隧道工程施工技术研究[M].北京:人民交通出版社,2012.6
[2]米晋生,许少辉.珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段盾构隧道工程施工技术研究[M].北京:人民交通出版社,2013.11
[3]刘建国.深圳地铁盾构隧道技术研究与实践[M].北京:人民交通出版社,2011.9：196～209
论文作者:黄晴
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/10
标签：盾构论文; 注浆论文; 管线论文; 地层论文; 隧道论文; 管片论文; 压力论文; 《基层建设》2017年第11期论文;