淺覆土盾構(gòu)法隧道施工及管線保護(hù)控制技術(shù)

　　 淺覆土盾構(gòu)法隧道施工及管線保護(hù)控制技術(shù)上海已建的盾構(gòu)法地鐵隧道大多集中于深埋、建筑密集的地區(qū)，施工方法及環(huán)境保護(hù)技術(shù)已漸趨成熟，而在淺覆土區(qū)間隧道中仍然是個(gè)技術(shù)難題。本文結(jié)合了上海地鐵二號(hào)線浦東新區(qū)龍東路～中央化園區(qū)間隧道上行線的工程實(shí)例，針對(duì)盾構(gòu)法淺覆土區(qū)間隧道施工的有關(guān)技術(shù)進(jìn)行了初步探索和總結(jié)。

1、工程概況
上海地鐵二號(hào)線浦東新區(qū)龍東路～中央公園內(nèi)間隧道上行線工程兩端頭井全線總長782.402m，采用法國FCB公司提供的外徑6.34m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，隧道內(nèi)徑5.5m，由六塊寬1m的高精度鋼混凝土管片拼裝而成。本區(qū)間隧道主要穿越了上海地區(qū)相沉積第(2)－2層灰色砂質(zhì)粉土、第(3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和(4)層灰色淤泥質(zhì)粘土。該土質(zhì)滲透系數(shù)小，特征為飽和，流塑、土質(zhì)均勻，屬高壓縮性土。本隧道最大的特點(diǎn)在于覆土淺,覆土深度（距隧道頂部）在2.60～9.0m之間，在出洞洞口處最淺僅有2.60m，而且在離出洞口后的300m以內(nèi)平曲線曲率半徑小（399.851m）豎向坡度大，最大值達(dá)到24.17％，平均值在21％左右；盾構(gòu)在該淺覆土段將穿越內(nèi)環(huán)線龍東路段，共有12道公用管線分布在道路下,并在龍東路段一側(cè)有一根φ1600mm的污水南干線管線與隧道軸線斜交，施工條件相當(dāng)苛刻。

2、有關(guān)參數(shù)的理論選定值
2.1、地表橫向斷面沉降槽寬度的預(yù)測由PECK法地面沉降量的橫向分布估算公式計(jì)算最大沉降量：Smax＝V1/2π.I＝V1/2.5iV1－－盾構(gòu)隧道單位長度地層損失量（m3/m），控制在2.5％，V1＝2.5％×π×3.1×3.1＝0.754m3/mi－－沉降槽寬度系數(shù)（m）I＝R×（Z/R）＝3.32～6.06m地面至隧道中心深度，約為5.8～12.1mSmax=5～9cm在距離隧道軸線9m處，沉降量衰減到最大沉降值的14％左右，所以有關(guān)監(jiān)測斷面沉降槽的設(shè)定寬度為18m。
2.2、注漿量和注漿壓力的選定盾構(gòu)推進(jìn)的理論建筑孔隙GP計(jì)算公式為：GP＝π×（R2－r2）×L＋g＝1.52m3R:盾構(gòu)外半徑r：管片外半徑L：環(huán)寬，取為1m，G：盾殼外6根注凍管肋總體積。理論上講，漿液需100％充填建筑總空隙，但由于通常的漿液失水固結(jié)，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑，部分漿液劈裂到周圍地層,導(dǎo)致實(shí)際注液量要大大超過理論注漿量按照以往工程實(shí)踐，采用理論值的150％～200％進(jìn)行注漿，即控制在2.2～3.0m2之間，注漿壓力為0.5Mpa。
2.3、總推力和推進(jìn)速度的選定盾構(gòu)總推力應(yīng)等于盾構(gòu)進(jìn)過程中所遇到的各種阻力，包括盾構(gòu)外殼與周圍土層摩阻力F1，切口環(huán)刃口切入土層阻力F2，襯砌管片與盾尾之間的摩阻力F3，盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩阻力F4，開挖面支撐阻力F5（地層產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力），經(jīng)計(jì)算得到總推力為8755KN。推進(jìn)速度也即千斤頂頂速度的確定主要參照施工中反饋的各種信息，如地表沉降速率，軸線偏差、襯砌管片拼裝質(zhì)量、工期要求等因素，本工程考慮在2.5～3.5cm，min之間。
2.4、其它參數(shù)的選定密封倉土壓力設(shè)定為0.12～0.20Mpa：刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.50轉(zhuǎn)/min；出土量按每年土方體積計(jì)算約為32m3左右。
3、地面監(jiān)測體系
3.1、盾構(gòu)初推進(jìn)試驗(yàn)段第一試驗(yàn)的監(jiān)測設(shè)置在盾構(gòu)出洞后有前2.6m，測點(diǎn)設(shè)置沿軸線點(diǎn)距一般為2.5m和3m，并設(shè)置了A、B兩個(gè)橫向斷面沉降觀測槽,第二試驗(yàn)段設(shè)在過龍路段前30m的地帶上，沿軸線3～4m設(shè)1個(gè)測點(diǎn)，同時(shí)也布設(shè)了C、D兩個(gè)沉降槽。沉降槽斷面寬度為左右各9m，分別布設(shè)了3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。
3.2、龍東路段及φ1600mm污水管線在龍東路上測點(diǎn)的布設(shè)基于不妨礙車輛的通行，采用長鋼筋布點(diǎn)，沿軸線點(diǎn)距一般為4～5m，并在沿軸線二側(cè)各增設(shè)一排測點(diǎn)，形成較密集有點(diǎn)群,另外沿路中央及兩側(cè)綠化隔離帶（管線走向）布設(shè)E、F、G三條沉降槽，點(diǎn)距為4m，其范圍以達(dá)到影響區(qū)邊界為原則，沉降槽的布設(shè)是為了監(jiān)測和分析地下管線彎曲變形程度。沿污水管線走向在軸線兩側(cè)各設(shè)置的四座測點(diǎn)，點(diǎn)距4m，埋深1.2～1.5m。 施工技術(shù)措施及監(jiān)測成果分析為了保證盾構(gòu)在淺覆土區(qū)域內(nèi)順利穿越道路管線和污水干線管道，在出洞100m以內(nèi)為盾構(gòu)試推進(jìn)期，其間及時(shí)對(duì)土倉壓力、推進(jìn)速度、總推力、出土量，刀盤轉(zhuǎn)速、注漿量和注漿壓力等施工能數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以取得最佳施工參數(shù)；當(dāng)盾構(gòu)到達(dá)及穿越主要目標(biāo)時(shí)，以推進(jìn)速度和出土量為主要控制指標(biāo)；當(dāng)盾尾脫離內(nèi)襯砌后，出土量為主要控制指標(biāo)；當(dāng)盾尾脫離內(nèi)襯砌后，以注漿量作為主要控制指標(biāo)，并根據(jù)管線附近的地表變形值及時(shí)反饋到盾構(gòu)推進(jìn)工作室，及時(shí)調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)，達(dá)到信息化施工。

4、施工中采用的參數(shù)和施工過程
盾構(gòu)推進(jìn)過程中還必須滿足上海地鐵工程盾構(gòu)推進(jìn)中心軸線控進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)－50mm～＋50mm（包括平面、高程偏差）、地表沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)－30mm～＋10mm以及對(duì)各管線變形嚴(yán)格的保護(hù)要求，施工中采用的參數(shù)和過程如下：
4.1、盾構(gòu)初推進(jìn)本工程段由于盾構(gòu)機(jī)剛進(jìn)入土層內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整是個(gè)難點(diǎn)，各項(xiàng)施工參數(shù)經(jīng)常處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)記錄報(bào)表來看，從35m到75m隧道由軸線高程偏差值均超出50mm的允許值并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，盾構(gòu)機(jī)頭也有抬頭，而且從A、B沉降槽和縱向沉降曲線來看，在淺覆土推進(jìn)區(qū)內(nèi)，沉降值大多超過－30mm，個(gè)別點(diǎn)位嚴(yán)重超標(biāo)，只是由于該軸線段處在空礦地帶，尚未對(duì)環(huán)境造成太大的影響。分析其原因歸結(jié)起來有以下幾點(diǎn)：
a、淺覆土區(qū)盡管已堆土加載，但覆土仍屬欠固結(jié)土，土質(zhì)松散，再加上盾推進(jìn)時(shí)遇上雨期，下沉速率加快，引起沉降偏大；
b、漿液材料配合比的不確定性和注漿量的不穩(wěn)定性；在初推進(jìn)期，漿液材料配合比曾采用其他單位推薦的惰性漿液配合比值,試驗(yàn)下來稠度太大；另外由于隧道小半徑右轉(zhuǎn)變，并沿24％的坡度向下推進(jìn)，有些襯砌環(huán)外壁容易積聚惰性漿液，在盾尾與襯砌環(huán)局部孔隙也容易出現(xiàn)漿液滲漏的問題，導(dǎo)致一些襯砌環(huán)注漿量的增多，最大值竟達(dá)3.2m2，也引起襯砌管片的上浮。
c、盾構(gòu)機(jī)械故障問題：由于該盾構(gòu)曾在上海地鐵一號(hào)線使用過，部分機(jī)械設(shè)備容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致盾構(gòu)被迫停止向前推進(jìn)，停留時(shí)間過長，引起地面沉降量增大。針對(duì)已出現(xiàn)的這些問題，施工單位果斷采取了以下措施：
a、對(duì)有關(guān)施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，將盾構(gòu)力盤油壓穩(wěn)定在8.5～10.0Mpa之間；刀盤轉(zhuǎn)速仍為0.5轉(zhuǎn)/min；土壓力值的設(shè)定由原來的0.2Mpa減小到0.12MPa;推進(jìn)速度為3.5～4.0mm/min，每天推進(jìn)速度由5m提高到8m～10m；在更換漿液配合比時(shí)，采用前文所述的配合比后，注漿量控制在2m3～2.2m3，采取少量我次的注漿方法,注漿壓力為0.5MPa；
b、采取在襯砌環(huán)外壁粘貼海棉止水帶的堵漏措施，對(duì)盾容易產(chǎn)生漏漿的部位，充填油脂的使用必須到位；
c、加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，每日定時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查工作，避免機(jī)械故障帶來的不必要誤工。從85cm開始到第二試驗(yàn)段，軸線高程偏差很快被控制住,高程偏差值在+25mm～35mm之間，平面偏差值維持在＋25mm左右，而且地面沉降也沒有出現(xiàn)過多的點(diǎn)位超標(biāo)，盾構(gòu)的姿態(tài)也好轉(zhuǎn)，已具備了穿越龍東路的各項(xiàng)條件。
4.2、龍東路段盾構(gòu)在穿越龍東路時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為基于前期調(diào)整后的值，有關(guān)參數(shù)為：盾構(gòu)推進(jìn)坡度為20％～24％；頂進(jìn)速度為3.5～4.0cm/min；土壓力值設(shè)定為0.14MPa；刀盤油壓為8.0～9.0MPa；注漿量為2～2.2m2注漿壓力為0.5MPa；從盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入龍東路頭（122m）直到穿越（185m）的整個(gè)過程中，持續(xù)推進(jìn)施工12天，每天完成5～6m的工作量，速度較慢，但從及盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)情況來看,反映良好，不僅地面沉降控制得很好，而且管線基本上沒有很大的變形，完全沒有影響。
4.3、ф1600污水南干線各施工技術(shù)參數(shù)值為：盾構(gòu)推進(jìn)坡度為22％；土壓力設(shè)定為0.20MPa；頂進(jìn)速度為3.0cm/min；刀盤油壓設(shè)定為900N注漿量為2.0m3；注漿壓力為0.5MPa。沿污水管布設(shè)的沉降觀測點(diǎn)（槽）的沉降曲線如圖2所示，各點(diǎn)位沉降值都在20mm左右，達(dá)到了預(yù)期的效果。
5、結(jié)論
5.1、在淺覆土區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)法隧道的施工中，用以防止地面沉降過大的注漿措施是至關(guān)重要的。同步注漿惰性漿液材料的配合比的選定要因工程而異,象本工程中所采用的漿液配合比是在綜合地質(zhì)情況、試驗(yàn)結(jié)果、實(shí)際施工多方面因素選定的,這對(duì)淺覆土區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工是適用的；注漿量在淺覆土區(qū)域內(nèi)不宜過大，在理論孔隙值的120～150％之間即可，否則隧道軸線容易產(chǎn)生上飄，這一點(diǎn)與以往實(shí)踐所采用的理論孔隙值的150～200％所不同。
5.2、在曲率半徑小、越度大的隧道中的盾構(gòu)推進(jìn)，各項(xiàng)施工參數(shù)的及時(shí)調(diào)整尤為重要，從本工程中反映出，不僅理論計(jì)算值與實(shí)際值有較大的差異,而且以往經(jīng)驗(yàn)值和工程實(shí)際值也存在著一定的偏差。 5.3在盾構(gòu)法隧道施工中，遇到管線或其它重要構(gòu)筑物的保護(hù)問題時(shí)，對(duì)施工監(jiān)測信息及時(shí)反饋到盾構(gòu)施工作業(yè)面，并采取相關(guān)的措施是非常重要的。

文章出處：橋梁與隧道工程網(wǎng)站