盾构穿越风险源的相关保障措施

韦永鹏

四川省南充市637000

摘要：随着城市轨道交通的高速发展，盾构在城市轨道交通建设中作用越来越大，在车站区间暗挖隧道施工中起着主导地位，它不仅提高了施工的效率、质量和安全性，并且大大减少了对地面交通出行和城市居民生活的影响。但由于城市属于人员居住、交通出行和建筑物（构筑物）密集的场所，难免会在城市地下施工中遇到各种管线、管道、建筑物（构筑物）基础和既有的地下工程等，在盾构掘进过程中下穿这些既有的地下工程，怎样采取措施对其保护，保证安全、顺利的通过既有地下工程，是目前城市轨道交通施工过程中研究的重点和难点。

关键词：盾构下穿；既有工程；安全、顺利通过

引言：盾构施工过程中，针对下穿既有的物体施工过程中存在的风险，通过对原有物体加固、控制盾构掘进参数、洞内二次补强注浆、加强监控量测等措施，保证盾构施工的安全，降低了施工风险和成本。为我国轨道交通施工水平的不断提高奠定了坚实的基础。

1.工程概况

成都轨道交通17号线一期工程温泉大道站～明光站盾构区间。区间左线ZDK62+857.816～ZDK64+607.101，长度为1748.140m，短链1.145m；区间右线YDK62+857.816~YDK64+607.101长度为1749.285m。区间隧道埋深8.37～19.27m，最小曲线半径1200米，最大纵坡22‰。隧道外径8.3米、内径7.5米。区间位于川西平原岷江水系Ⅰ级阶地，为侵蚀～堆积地貌，地形开阔、平坦，盾构区间地面高程527.91～532.1m。在ZDK62+857.816～ZDK64+607.101里程段距区间隧道顶部约为4.3~13.84m处有一道DN1200mm，材质为混凝土的污水管道，埋深为4.05-4.35m，其中ZDK62+910～ZDK63+150（侧穿）、ZDK64+375～ZDK64+607（下穿）段污水管底部与隧道顶距离小于8.3m。污水管整体与线路平行。

2.盾构下（侧）穿DN1200污水管施工及保证措施

2.1施工准备

盾构机穿越前，对盾构区间施工影响范围内的地下管线进行全面的调查，探明污水管走向、管径以及盾构对该污水管的影响长度等，形成详细的《区间管线调查报告》。同时，开展各级安全技术交底工作，明确相关事宜和注意事项。

2.2污水管加固处理

盾构穿越前必须对该DN1200污水管部分段落进行地面注浆加固。加固里程为ZDK62+910~ZDK63+150、ZDK64+375~ZDK64+607。根据污水管结构形式和埋设深度以及其与隧道的相对关系，决定采用袖阀管注浆对基础进行加固，加固采用9m长Φ48×3.5mm袖阀管，与水平面角度为45°～60°斜插深入基础底约870cm，留约30cm管在外注浆用，注浆孔间距2m布置，扩散半径为1.5m，注浆范围为凤溪河基础下3m。注浆孔采用HM90S钻机进行引孔，袖阀管注浆浆液为单液浆，注浆材料为P.O42.5水泥，水灰比0.8:1～1:1（重量比），水灰比根据现场的情况确定，注浆压力0.2～0.4MPa。

（1）施工工艺

（2）钻孔及洗孔

在施工前，对将要施工的场地人工开挖探沟，确保施工区域内没有管线方可施工。选用HM90S履带钻机。钻孔和注浆顺序先四周、后中间，间隔施工。

（3）下入套壳料

套壳料主要为膨润土，按一定比例掺入水泥，配比为：水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s；其作用主要为填充管道与孔壁之间的空隙，防止灌浆时浆液流失，在灌浆时通过橡胶套和止浆塞的作用，使灌浆段范围内的浆液挤破套壳料（即开环）而进入地层。

（4）下入袖阀管

套壳料下入后，待孔口溢出符合要求浓度的原浆液时，将袖阀花管和芯管按注浆段配备依次下入，为了将管顺畅下入至孔底，及时向管内加入清水，克服孔内浮力。袖阀管露出地面20cm，再用止浆圈密封。

（5）封口

地面到地面下1m，使用双液浆进行封口，防止注浆过程中产生冒浆现象。

（6）待凝

待凝时间控制在2～5天。

图2.3袖阀管施工流程图

（7）开环灌浆

开环：灌浆初期，采用稀浆（或清水）加压开环。在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。此时按设计配比开始正式灌浆。

灌浆：根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆，灌浆采用双栓塞芯管进行，每排孔眼作为一个灌浆段。其段长为50cm。

注浆过程中如出现地面上抬、窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。

图2.5袖阀管注浆剖面图

（8）终灌标准：

当注浆压力≥0.6MPa，吸浆量<2.5L/min，稳定时间20min。

（9）灌注材料及配比

灌注主料采用PO42.5普通硅酸盐水泥，通过实验确定各种灌注材料的合理配比，具体材料配比（重量比）如下：

袖阀管套壳料：水泥：粘土：水——1：1.5：1.87；

封口料为双液浆:水泥浆：水玻璃——1:1；

袖阀管注浆的浆液:水泥：水——0.8：1～1:1。

2.3掘进参数设置

盾构推进过程中，对于土仓压力、推进速度、出渣量等，根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果进行调整，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。

（1）土仓压力值P的选定

P值与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，P0＝P1+P2，P1=γ?h（γ－土体的平均重度，h－刀盘中心至地表的垂直距离），P2=γ水?h水（γ水－水的容重，h水－刀盘中心至水位线的垂直距离），则P＝K?P0，K—土的侧向静止土压力系数。根据盾构推进情况，将上部土仓压力控制到0.6bar左右。

（2）盾尾处理

根据盾构掘进过程中，土仓压力、同步注浆注浆压力，合理设置盾构机的PLC控制的盾构油脂的注入量。

（3）推进速度及推力

掘进速度及推力的匹配以控制盾构出土量、地面沉降为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力；盾构掘进速度控制在平均速度30～50mm/min左右，盾构推力不大于1500t。

（4）出土量的控制

盾构掘进每环理论出土量（实方）

=π×D2/4×L=3.14×8.6342/4×1.5=87.82m3；

其中：D——盾构机刀盘直径

L——每循环掘进距离

考虑松散系数以及添加物（取1.15～1.20），即101m3/环～105m3/环。

（5）地面沉降控制

如果盾构掘进过程中有超挖时，采取以下措施；

1）适当增加同步注浆量;

2）盾构机掘进至离超挖里程6m，地面钻孔寻找空洞，如发现空洞立即浇筑细石混凝土，未发现空洞时预埋注浆管，待盾尾离开5m后进行地面注浆；

（6）土体的改良

为保证一个正常的工作范围,减少刀盘的磨损,在掘进过程注重土体改良,通过对刀盘前方以及土仓内注入泡沫剂，以减少刀盘的扭矩,使泥岩具有适当的和易性，提高土仓内土体的不透水性和出土效率。

（7）掘进姿态控制

穿越时保证推进速度的恒定、稳定，加强盾构机的姿态偏差测量，盾构司机根据偏差及时调整盾构机的推进方向，使盾构机保持匀速推进。

2.4二次注浆

为防止掘进后的后期沉降对建筑物的影响，在管片脱出盾尾约10环时，立即进行二次注浆。

注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，波美度为40Be的水玻璃初拟为水泥浆水灰比1.05±0.05，水玻璃与水为1:1，水泥浆与水玻璃浆液的比1:1，浆液浓度应根据地层情况调整。

二次注浆压力控制在0.2MPa～0.4MPa之内，注浆时密切注意管片和注浆压力的变化，注浆量大概为同步注浆量的5%～10%，即0.4～1.1m3，以压力控制为主，指派专人对注浆孔前后三环管片进行盯控防治管片注错台。

2.5监控量测

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，如发现被加固建筑物有上抬的趋势，立即停止注浆，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。同时，在管线正上方设置管线间接监测点，主要影响区域布设间距为5m，次要影响区域布设为10m，由于管线埋深较深增设土体分层竖向位移监测点，盾构在穿越过程中加强监测。

总之，在城市这样复杂的环境中进行轨道交通等地下工程施工，盾构在掘进过程中难免会遇到穿越各种既有建筑物或构筑物，为此，文章主要以工程实例，分析和研究盾构下穿高危险源施工流程及所采取的保证措施，提高轨道交通施工的效率、水平，确保盾构施工安全、快速的进行。

参考文献：

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[2]廖屹，王东冬，陈万强.盾构机穿越建筑物等不良地层的技术措施[J].水电站设计，2011（3）：107-111.

[3]刘冲.盾构施工穿越既有建（构）筑物的技术研究[J].城市建设理论研究（电子版），2012（21）：