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摘要：文章以广州佛莞城际FGZH-1标长安三、四号盾构机在浅埋条件下下穿金山湖施工为例，详细分析了盾构机在浅埋条件下下穿湖泊施工中存在的风险，并着重介绍了施工前后注意事项与掘进过程中的控制措施，目前长安三、四号盾构机均已顺利穿越金山湖，可为类似工程提供参考。
关键词：大直径 土压盾构 浅埋 湖泊 掘进控制
1 工程概况
佛莞城际FGZH-1标位于广州市番禺区，其中长隆站大里程盾构施工使用2台直径φ8.85m的土压平衡盾构机，区间长3970m，设计里程右线YDK5+375-YDK9+345，左线DK5+375-DK9+345。右线长安三号盾构机下穿金山湖里程YDK6+350-YDK6+550，左线长安四号盾构机在新光快速与金山湖相邻处下穿掘进，下穿金山湖里程DK6+335-DK6+435，具体见图1。
图1 盾构下穿金山湖平面图
盾构机下穿金山湖时，拱顶埋深为10m-12m，湖水深2m。左线主要地质依次为素填土[层号（1）0]、（2）2-2粉质粘土、（2）2-3粉质粘土、（8）2-1全分化二长花岗岩；右线主要地质依次为素填土[层号（1）0]、（2）2-2粉质粘土、（2）2-3粉质粘土、（8）2-1全分化二长花岗岩、（7）1-2强风化泥质砂岩、（7）1-3中风化泥质砂岩。具体见图2。
2 风险识别
2.1 隧道浅埋
盾构机直径φ8.85m，管片外径φ8.5m，拱顶埋深为10m-12m，此段盾构隧道属于浅埋，掘进过程中易出现土仓顶区压难以控制，掌子面不稳定，易超挖；并且盾构机姿态难控制，成型管片易出现上浮、侧移等。
2.2 冒顶，湖水进入土仓
掘进过程中盾构机对土体具有一定扰动，加之此段盾构隧道属于浅埋，若出土量超标或顶区压力控制不当击穿土体，可能导致湖水倒灌至土仓，造成掘进过程中螺旋机持续喷涌。
2.3 隧道涌水
掘进过程中如果同步注浆量不足、二次注浆不及时、盾尾油脂注入量过少、盾尾间隙不均匀等，会导致盾尾涌水，严重时会造成隧道被淹。
3 前期准备
盾构机在进入下穿金山湖前50m影响范围前暂停施工，做好下穿前准备。
3.1 开仓检查刀具、清泥饼
开仓检查刀具情况及土仓结泥饼情况，对尤其是对边缘刀具和中心刀具进行详细检查更换并清理土仓泥饼，禁止在金山湖下方开仓，确保盾构机一次性通过金山湖区域。
图2 金山湖区域地质断面图
3.2 设备全面检修
对盾构机及其后配套设备进行全方面检修，确保盾构机无故障地进行24小时连续掘进，快速通过金山湖，主要项目如下：
1）注浆系统，要求同步注浆泵、二次注浆泵完好，注浆管路通畅。
2）螺旋输送机仓门及控制系统，要求对螺旋输送机仓门及控制系统进行全面检查，保证螺旋输送机及仓门的完好。
3）铰接密封系统，要求对铰接装置的密封情况作重点检查。
4）盾尾密封系统，要求对盾尾油脂泵重点检查，确保在掘进过程中及时加注盾尾密封油脂，保持盾尾密封良好。
5）停机检查期间，对电瓶车、龙门吊、拌浆系统、浆车等配套设备做好维护保养，保证出勤率。
3.3 物资准备
隧道内备好发电机、大功率水泵、消防水管、沙袋等应急设备物资；备好二次注浆施工及止水环施工使用的水玻璃、聚氨酯等应急物资；对各种原材料库存数量进行统计，保证数量充足，并严格控制原材料质量，坚决杜绝不合格材料进场。
3.4 人员准备
盾构机操作手选用操作技能优秀的、责任心强的操作人员；隧道内的机械维护人员选用技术精良的，经验丰富的维修人员，并从盾构机厂家邀请派驻两名人员，随时对出现的故障组织维修；地面加派专人对金山湖进行人工观察，发现附近地面有异常现象立即通知现场管理人员及井下施工班组。
3.5 施工计划
4.2 盾构姿态控制
为防止后期成型管片上浮，盾构机在掘进过程中垂直偏差控制在-30～-50mm，水平偏差控制在±10mm；严禁在过金山湖期间超量纠偏、蛇形摆动，盾构机每次纠偏小于3mm；合理选择K块位置，确保盾尾间隙均匀。
4.3 出土量控制
盾构机刀盘直径φ8.85m，管片长度1.6m，理论出渣量98.4m3，渣土松散系数取1.3-1.4，实际出渣量为128-138m3，考虑土仓加水、土斗残余渣量，正常情况下出土8-8.5斗（斗容为18m3/斗），每斗应掘进18-20cm。
4.4 同步注浆、二次注浆、止水环控制
盾构机刀盘直径φ8.85m，管片外径φ8.5m，管片长度1.6m，理论注浆量8m3。
同步注浆：注浆方量控制在10-12m3，注浆压力小于5bar，浆液初凝时间控制在6h左右，掘进超挖情况等适当调整补浆。
二次注浆：采用双液浆，注浆位置为拱顶上方11-1点位，注浆环数控制在脱出尾盾5-8环，注浆量控制在8-10包水泥，注浆压力小于5bar，浆液胶凝时间控制在15-20s，根据地层含水量或喷涌情况，采用环环或隔环注浆形式。
止水环：根据掘进喷涌情况，每5-8环做止水环，止水环采用二次注浆形式，每环3-5个注浆点位，必要时使用聚氨酯止水。
4.5 管片监测
为防止管片出现上浮或侧移，测量班对管片姿态进行2次/1天的监测，监测完成后及时反馈监测数据，分析管片姿态每日变化趋势，研究管片是否存在上浮或侧移，以及上浮速度和侧移量并及时上报，以便采取必要措施控制管片上浮及侧移。
4.6 其他
严格执行掘进过程中已拼装管片的螺栓复紧制度，并随时观察脱出盾尾管片的崩角、错台、漏水情况。
5 下穿后注意事项
盾构机穿越金山湖区域后须持续对隧道管片进行监测，必要时对管片进行三次注浆，稳定管片。
如右线长安三号盾构机，下穿金山湖区域里程YDK6+350-YDK6+550，其范围内对应的管片为610-740环，测量人员对其进行监测，隧道轴线偏差均在允许范围之内，具体监测数据见图3。
图3 金山湖区域成型管片隧道偏差监测数据图
6 总结
长安三、四号盾构机分别于2018年10月-11月，先后穿过金山湖区域，前期准备充分，更换刀具、清理泥饼，全面检修设备，物资材料准备充分，对相关施工人员进行技术交底，组织施工人员应急演练；盾构机下穿期间施工组织合理，掘进控制有效，注浆饱满；穿过后检查管片无错台、崩角、漏水，测量成型管片均在误差范围之内。
本次大直径土压平衡盾构机在浅埋条件下下穿湖泊，快速平稳，为今后在类似地层中进行盾构施工提供了宝贵的施工经验。
论文作者:乔文件
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/31
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