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综合管廊盾构区间下穿珠江泥质粉砂岩施工技术

2024-06-05 139 上传者：管理员

摘要：以广州综合管廊盾构区间下穿珠江及大坦沙岛房屋群项目为研究对象，通过施工前准备、试验段初拟施工参数，对穿越段针对性地实施施工组织和技术措施，总结出盾构区间下穿河流和房屋集群的施工方法，顺利完成了施工任务。

关键词：
下穿河流
地铁盾构
房屋集群
泥质粉砂岩
注浆加固
监控量测
老旧城区
风险控制
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施工地质环境越来越复杂，对施工安全及环境保护提出了更高的要求。为解决盾构穿越河道[1]问题，学者们进行了大量研究。邵迅等[2]基于合肥地铁1号线盾构下穿南淝河，分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力、竖向应力场、拱顶沉降等规律；杨建寅[3]基于盾构隧道下穿某河道建立数值模型进行分析，认为下穿非河流段和河流段时分别使用0.4～0.5 MPa和0.3～0.4 MPa的注浆压力较为适合；夏润禾[4]基于模糊层次分析法，对某盾构隧道下穿河道施工安全风险进行分析，并提出相应的控制措施。

本文以广州综合管廊盾构区间下穿珠江及大坦沙岛房屋群项目为研究对象，总结出适用于盾构区间下穿河流和房屋集群的施工方法，可为类似工程提供参考。

1、工程概况

广州综合管廊盾构#28井～#27井区间全长1 067.552 m，穿越珠江（白沙河）、大坦沙岛、珠江（沙贝海），穿越长度分别为412.000、218.000、268.000 m，占区间总长度的84%。周边主要为水域，盾构隧道下穿几处堤防基础，盾构施工对各类基础可能造成损伤或因扰动岩土层影响基础的稳定，存在施工风险，施工过程中应加强对建（构）筑物的保护和监测工作。

区间出#28井后向北偏东方向行进，侧穿塞坝涌水闸下穿珠江南岸护堤，第一次下穿珠江西航道（白沙河）、坦尾村珠江护岸、坦尾村西巷，第二次下穿珠江西航道（沙贝海），在新风港地块东北角，珠江护岸东侧到达#27井。区间卫星平面，见图1。

图1 区间卫星平面

区间隧顶覆土厚13.01～23.28 m，场地范围地层自上而下主要为<1>填土、<2>-1A淤泥、<2>-1B淤泥质土、<2>-2淤泥质粉细砂、<2>-3淤泥质中粗砂、<3>-2中粗砂、<5N>-2残积土、<6>全风化碎屑岩、<7>-3强风化泥质粉砂岩/细砂岩、<8>-3中风化泥质粉砂岩、<9>-3微风化泥质粉砂岩。区间地质断面，见图2。

第一次下穿珠江段隧道埋深18.34～19.60 m，隧道洞身地层位于<7>-3、<8H>中风化安山岩、<8>-3、<9H>微风化安山岩、<9>-3。下穿西航道右堤及大坦沙西侧堤防纵断面，见图3。

第二次穿越珠江隧道埋深13.01～17.46 m，隧道洞身地层位于<2>-1A、<6>、<7>-1强风化砾岩、砂岩、<7>-3、<8>-3、<9>-3。下穿大坦沙东侧堤防及西航道左堤堤防纵断面，见图4。

图2 区间地质断面

图3 下穿西航道右堤及大坦沙西侧堤防纵断面

图4 下穿大坦沙东侧堤防及西航道左堤堤防纵断面

为确保盾构安全通过风险范围，区间穿越范围划分为试验段、穿越段、注浆保护段3个区段，对每个区段制定有针对性的施工组织、资源配置、技术措施。

2、试验段参数确定

2.1 试验段的目的

盾构机从#28井向#27井方向掘进，将穿越西航道右堤前50 m作为试验段。主要检查盾构机各部件、管线的工作状态，及时进行调整。确定各种施工参数与设计参数的关系，包括推进速度、推力、扭矩等；水、土压力与各施工参数、地面变化的关系。根据实际地层情况对同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比进行比选，选取有效的配合比。根据实际地层特点，确定相应的水、泡沫等添加剂的关系。通过监测研究地面沉降与推进参数的关系；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、建筑物位移等。对试验段掘进的有关技术资料进行分析，以掌握不同地层中各种推进参数和工况条件下的地层位移规律、结构受力状况及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数。

2.2 初始掘进参数确定

1）土压力设定

根据工程勘察报告，按照朗肯土压力理论，土仓压力在盾构机穿越段时长期处于平稳状态，土仓压力应控制在2.2±0.2 bar范围内。

2）推进出土量控制

盾构实际掘进过程中，按照65±2 m3进行控制，调整推进速度和螺旋输送机转速，实现挖土量与排土量的平衡。若发现超挖，立即停止掘进，采用超前注浆孔注浆及二次注浆填充。

3）推进速度

试验段掘进速度拟定范围20～40 mm/min，并保持匀速掘进，减少对周边土体的扰动。

4）轴线偏差控制

盾构控制偏离设计轴线不得大于±50 mm。因轴线偏离或衬砌环面不平倾斜，须予以纠正时，可采用调整盾构千斤顶组合纠偏。可在偏离方向相反处，调低该区域千斤顶工作压力造成两区域千斤顶的行程差。应以长距离慢慢修正为原则，一次纠偏量不宜超过5 mm，做到缓纠、勤纠姿态。

5）同步注浆

同步注浆量6 m3/环，注浆压力1～3 bar，并保证4根注浆管同时工作。根据管片开孔检查壁后注浆饱满度，注浆量与注浆压力可根据监测结果适当调整。下穿区段同步注浆配合比需适当调整，使浆液凝胶时间缩短至4小时，使同步注浆尽快发挥填充、止水作用，并配合穿越段实际检测情况进行配比改进。注入量不低于6 m3，压力不得高于停机时腔道压力+1 bar，对脱出盾尾管片每间隔5～6环开孔检查同步注浆的饱满度和初凝时间。同步注浆配合比，见表1。根据掘进速度，确定同步注浆流量，见表2。

表1 同步砂浆浆配合比（每0.7 m3)

表2 同步注浆流量

6）二次注浆

管片拖出盾尾5～6环后开始进行二次注浆。浆液通过管片的注浆孔注入地层，并在施工时采取推进和注浆联动方式，注浆未达到要求，盾构暂停推进，以防止土体继续变形。根据变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，壁后二次注浆根据地面监测随时调整，从而使地层变形量减至最小，二次注浆压力0.1～0.3 MPa。二次注浆采用双液浆，双液浆配合比，见表3。

表3 双液浆配合比

7）渣土改良

根据施工经验，盾构机通过泥质粉砂岩地带时刀盘易结泥饼，导致掘进速度下降，易出现喷涌及出土量不易控制等情况。施工中应根据现场地质情况，确定最优泡沫比例，膨润土以悬乳液注入，改善渣土流动性，降低刀盘扭矩。

8）盾尾油脂加注

盾构掘进时，为达到盾构的密封功能，在穿越前对盾尾钢板刷涂刷足量均匀的盾尾油脂。盾尾油脂使用优质油脂，每环加注量控制在40～50 kg。

9）试验段掘进参数设定

下穿珠江前试验段掘进参数设定，见表4。

通过设定多种推进参数、尝试不同推进模式，掌握同类型地层的地质特性、沉降规律。对实际施工过程中与出土量、地表沉降量、深层土体变化情况、土仓压力、膨润土注入情况、总推力、掘进速度、注浆量及注浆压力、泡沫参数设置、土体改良剂注入[5]情况等相关的施工参数进行总结、分析，确定正式下穿珠江采用的技术措施与施工参数，为穿越段的掘进提供经验与指导。

表4 试验段推进参数

3、穿越段掘进

根据区间掘进方向，主要分为3个穿越段，即珠江白沙河段、大坦沙老旧居民楼、珠江沙贝海段。

第一、二、三次穿越段起止点分别为：盾构机刀盘进入西航道右堤堤防起始里程点前6.00 m～盾构机盾尾脱出珠江大坦沙西侧堤防终止里程点后6.00 m～盾构机盾尾脱出大坦沙东侧堤防终止里程点后6.00 m～盾构机盾尾脱出西航道左堤堤防终止里程点后6.00 m。其埋深分别为18.34～19.57 m（水深1.13～7.20 m）、19.67～21.25 m、13.01～17.46 m（水深0.81～5.32 m）。区间穿越珠江及大坦沙房屋群隧道埋深，见表5。

表5 区间穿越珠江及大坦沙房屋群隧道埋深

3.1 珠江段参数设定及控制要点

3.1.1 参数设定

盾构机下穿珠江白沙河及沙贝海段时，刀盘顶部覆土分别为11.84～18.17 m、10.12～14.56 m，需考虑珠江水压力，最低点珠江水高度分别为7.20、5.32 m，最高点水深分别为1.40、2.90 m。下穿珠江白沙河及沙贝海掘进参数设定，见表6。

表6 下穿珠江白沙河及沙贝海掘进参数

3.1.2 控制要点

穿越珠江段覆土较浅，严格控制土仓压力，避免土仓压力过高导致击穿江底，压力过低导致江底垮塌。穿越段为泥岩地层，掘进过程中参数控制不佳易导致刀盘结泥饼，增加开仓次数及风险，控制好渣土改良是关键。严格控制出土量，避免因超挖导致江底坍塌。同步注浆及二次注浆过程中关注注浆压力，避免因注浆压力过大导致盾构击穿，造成盾尾漏水漏浆，严格执行不注浆不推进原则。做好盾构机维保，避免因设备问题长时间停机。根据地层情况采用优质泡沫剂、膨润土和聚合物。江堤段加强监测，过江段加强江面巡视和监控并及时反馈。砂层段根据实际情况采用超前探测和超前注浆措施，并通过径向孔及时注浆。

3.2 注浆保护段

3.2.1 保护段的目的

保护段为盾构机穿越整个珠江段及大坦沙老旧居民楼，通过后对保护段进行整体注浆，达到壁后注浆效果饱满，确保隧道上方土体沉降较小。盾尾脱出后，保护性补充注浆原则上每5～6环补浆一次。

3.2.2 施工技术要点

1）注浆孔布置。

双液注浆孔选定范围主要为监测发现隧道变形或管片浮动区域，原则上选定在两道注浆止水环之间。注浆前先用冲击钻将预留孔疏通，将注浆头在拼装孔位置上紧，注浆头上安装球阀，球阀外接入三通接头。

2）注浆顺序。

采取隔环跳孔方式，每环一次2～3只孔；每两个相邻施工环间隔3环。

3）注浆压力及流量控制。

综合考虑管片强度，设备性能，浆液特性，珠江的地质条件变化，注浆压力控制在0.5 MPa以下，注浆流量控制在10～15 L/min。

4）注浆量控制。

置换注浆量约100 L/孔，土体加固注浆量根据少量多次原则，注入浆量为加固土体方量的20.0%（即水泥掺入量约5.5%）。