1 概 述
北京地鐵10 號(hào)線二期項(xiàng)目石榴莊站－大紅門站區(qū)間全長 1 086.5m，其間需通過涼水河及新建涼水河橋。此前穿越河道類施工項(xiàng)目大多為大中型水域，且盾構(gòu)類型多采用泥水平衡盾構(gòu)，選用土壓平衡盾構(gòu)穿越河道類項(xiàng)目并不多見，相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)欠缺。因此，本文就土壓平衡盾構(gòu)過涼河及涼河橋施工質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行討論，旨在拓寬此類地形土壓平衡盾構(gòu)作業(yè)施工質(zhì)量控制研究思路，為相關(guān)施工項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。
對(duì)于穿越河道項(xiàng)目，施工季節(jié)的選擇很重要。根據(jù)區(qū)間掘進(jìn)狀況，盾構(gòu)穿涼水河及涼水河橋時(shí)間定于 12 月上旬以避開河水汛期。雖然此時(shí)涼水河水位降低至約 30cm, 但盾構(gòu)隧道在此處的覆土較淺 , 盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)可能會(huì)發(fā)生圍巖透水、河床坍塌、橋樁失穩(wěn)等工程事故。因此施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查該段水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況，詳細(xì)踏勘涼水河及涼水河橋的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的狀態(tài)，尤其是河底隔水層的連續(xù)性、滲透系數(shù)、厚度以及各層的滲流情況等，并將此數(shù)據(jù)情況作為盾構(gòu)下穿時(shí)的重要參考。同時(shí)，為保證施工安全，本區(qū)段在施工開展前進(jìn)行了工況相似的模擬段施工，為過橋過河施工提供參考依據(jù)。
2 盾構(gòu)過涼水河施工技術(shù)
涼水河河口寬約 70m，河床寬約 50m，下穿段有鋪底，常年有積水，隧道拱頂距河床約7.0m，覆土較淺。盾構(gòu)在穿越河流底部時(shí)，如有圍巖頂板下沉?xí)䦟?duì)河床產(chǎn)生危害甚至破壞，進(jìn)而引發(fā)一系列不良后果，同時(shí)河水下滲也可能危及隧道施工。具體控制措施如下。
1）推進(jìn)速度與推力地控制 在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，要控制盾構(gòu)速度和總推力，在穿越河流時(shí)，采取較低的掘進(jìn)速度，一般不大于 35mm/min，并且嚴(yán)格控制推進(jìn)油缸的總推力，減少土層擾動(dòng)，以免破壞河底土體。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)始發(fā)后，切口前方 1.5D+H（D 為盾構(gòu)外徑，H 為盾構(gòu)中心至地面高度）范圍內(nèi)地面的沉降情況與土壓力設(shè)定值密切相關(guān)。實(shí)際操作中，可控制盾構(gòu)前的地面沉降在 0～2mm 之間來控制和調(diào)整壓力的選定。土壓力計(jì)算公式：P0=K0λz=18.9×0.35×(17+3)=0.1323MPa，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般施工壓力要稍大于計(jì)算土壓力，故設(shè)定為 0.14MPa。
2）盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制 盾構(gòu)進(jìn)入河底前要預(yù)先調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，以較好的姿態(tài)下穿河底河床。在掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)司機(jī)根據(jù)測量偏差及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)的掘進(jìn)方向，盡可能減少此段的糾偏，更要杜絕大幅度的糾偏，以確保盾構(gòu)平穩(wěn)通過本區(qū)段。
3）注漿量與注漿壓力控制 由于河底至盾構(gòu)拱頂間土層相對(duì)較薄，注漿壓力過大可能破壞水底隔水層進(jìn)而形成一條涌水通道，因此在整個(gè)通過涼水河段的掘進(jìn)中，嚴(yán)格控制注漿壓力在0.2 ～ 0.3MPa 范圍內(nèi)。注漿量和注漿壓力的選定依盾構(gòu)推進(jìn)的理論建筑孔隙 GP 計(jì)算：
GP ＝π(R2-r2)L
式中 R ─盾構(gòu)外半徑 ;
r ─管片外半徑 ;
L ─環(huán)寬。
理論上講，漿液需 100％充填建筑總空隙。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，且穿越河道地質(zhì)處于礫砂層，滲透系數(shù)較大，部分漿液劈裂到周圍地層，導(dǎo)致實(shí)際注漿量要超過理論注漿量。經(jīng)實(shí)踐證明，控制注漿量為理論建筑間隙 120% ～ 180%可有效控制地表沉降。
4）加強(qiáng)盾尾密封與管片拼裝的施工控制 掘進(jìn)時(shí)要定時(shí)定量均勻壓注盾尾油脂，如有特殊情況可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大盾尾油脂壓注量。如果管片間隙出現(xiàn)滲漏，要及時(shí)堵漏處理，以免漏水引起河底下沉而對(duì)河底產(chǎn)生破壞。
3 盾構(gòu)過涼水河橋技術(shù)措施
涼水河橋上部結(jié)構(gòu)為四跨簡支梁（30m+30m+30m+30m），橋?qū)捈s 70m，設(shè)左右兩幅預(yù)應(yīng)力蓋梁，下部基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，每一個(gè)橋墩下方為 2 根樁基，樁長 40m，樁頂設(shè)承臺(tái)，區(qū)間結(jié)構(gòu)距離樁基最近為 2.5 ～ 2.6m。區(qū)間在此段覆土深7.5 ～ 10.0m，雖然已經(jīng)進(jìn)入枯竭期，但是涼水河仍有積水約 30cm，地質(zhì)條件為穩(wěn)定性差的圓礫卵石，中粗砂、粉質(zhì)粘土。盾構(gòu)施工控制不當(dāng)會(huì)引起周圍土體擾動(dòng)進(jìn)而引起河床下沉，可能導(dǎo)致橋樁不均勻沉降。在施工過程中，如何采取相關(guān)技術(shù)措施減小沉降，確保涼水河及涼水河橋的安全將是盾構(gòu)穿越本區(qū)間的重點(diǎn)工作。在施工涼水河橋時(shí)，施工單位已對(duì)橋下河床及相鄰河道做了鋪砌抗?jié)B處理，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供了比較好的條件。
3.1 合理設(shè)置土壓力，防止超挖和欠挖
在盾構(gòu)推進(jìn)的過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整土壓力值，從而科學(xué)合理的設(shè)置土壓力值及相宜的推進(jìn)速度等參數(shù)，防止超挖和欠挖，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)。在盾構(gòu)過涼水河橋地區(qū)，盾構(gòu)覆土厚度為 7.5～10.0m，根據(jù)計(jì)算和前期施工經(jīng)驗(yàn)，土壓力控制在 0.09～0.12MPa 之間。
3.2 采用壁后注漿工藝，嚴(yán)格控制地面沉降
盾構(gòu)下穿涼水河橋期間沉降控制值如表 1 所示。
穿越本區(qū)段期間采用膨潤土 + 水泥漿液同步注漿工藝，并確保注漿量。考慮到此區(qū)間地面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)較高，采用常規(guī)工藝已經(jīng)滿足不了要求，而地面沉降控制的一個(gè)主要因素就是盾構(gòu)推進(jìn)過程中的注漿效果，漿液的滲透率和早期強(qiáng)度對(duì)地表的沉降指標(biāo)起著重要的作用，為此，同步注漿采用以膨潤土、粉煤灰、砂、水泥為主要材料的液漿，單位方漿液配比見表 2。
每推進(jìn)一環(huán)的建筑空隙為：
V=π(D1-D2)L/4=(6.25-6)×1.2/4=0.075
其中 D1——盾構(gòu)外徑，m；
D2——管片外徑，m；
L——管片寬度，m。
考慮到盾構(gòu)穿越?jīng)鏊訕蚱陂g地面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，且在砂卵石地層漿液的滲透率高等特點(diǎn)，在此期間盾構(gòu)推進(jìn)同步注漿量控制在3.5～5.0m3。同步注漿時(shí)要求在壓入口的壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)而不是劈裂。注漿壓力過大，管片外的土層將會(huì)被漿液擾動(dòng)而造成較大的后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿。而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，也會(huì)使地表變形增大。因此本區(qū)段注漿壓力控制在0.20～0.30MPa。
同時(shí)，為確保注漿質(zhì)量，二次補(bǔ)漿采用水泥 - 水玻璃雙液補(bǔ)漿，每立方米漿液配比為水泥350kg、水玻璃 350kg。補(bǔ)漿量為同步注漿量的30%，注漿利用低壓、少量、多次注漿的方式及時(shí)補(bǔ)充因原有漿液固結(jié)收縮所產(chǎn)生的空隙。每兩環(huán)進(jìn)行一次補(bǔ)漿，盾構(gòu)推進(jìn)過后每 5 環(huán)進(jìn)行一環(huán)環(huán)箍注漿，每環(huán) 6 個(gè)孔，每孔注入 1.0m3，注漿壓力為 0.3MPa。
3.3 穿越時(shí)降低推進(jìn)速度，嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)
過快的推進(jìn)速度，將增加對(duì)土體的擾動(dòng)。穿越時(shí)的推進(jìn)速度控制在不超過 35mm/min。在推進(jìn)至涼水河橋之前將盾構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整到最佳狀態(tài)，確保盾構(gòu)推進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線相吻合，盾尾四周間隙均勻。通過加大盾尾油脂壓注量來防止?jié){液通過盾尾流失。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，盾尾油脂量比正常推進(jìn)每環(huán)多 20kg 便可較好地控制盾尾的漏漿量。在穿越期間要加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的測量，勤測勤糾，杜絕大量糾偏，同時(shí)關(guān)閉超挖刀。
除以上措施之外，在盾構(gòu)穿越?jīng)鏊訕蚱陂g，還應(yīng)嚴(yán)格按照監(jiān)測要求對(duì)涼水河橋進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)分析處理并反饋，及時(shí)掌握盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)橋梁及河道的影響，不斷優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)；加強(qiáng)地面巡視，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào)；加強(qiáng)施工過程管理，確保盾構(gòu)連續(xù)穿越；在穿越前對(duì)盾構(gòu)及其它輔助設(shè)備進(jìn)行全面檢修，以防推進(jìn)過程中長時(shí)間停機(jī)；對(duì)盾構(gòu)上現(xiàn)存的機(jī)械故障和缺陷，會(huì)同設(shè)備供應(yīng)商和專家共同檢測修理，并對(duì)可能產(chǎn)生的故障預(yù)先做好修理準(zhǔn)備，對(duì)主要設(shè)備零件備件。
由本案例可以看到，為確保盾構(gòu)在過河過橋區(qū)間順利掘進(jìn)，前期應(yīng)進(jìn)行充分地質(zhì)勘查，了解水位埋藏條件、地層分布、厚度及滲透性等地質(zhì)環(huán)境；同時(shí)還要針對(duì)性制定盾構(gòu)專項(xiàng)施工方案，嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)及保證充足的壁后注漿量；科學(xué)嚴(yán)密的監(jiān)控與管理也是必不可少的。
本工程項(xiàng)目開拓了土壓平衡盾構(gòu)選型的靈活性，拓寬了盾構(gòu)穿越小跨徑河流及橋梁地層施工控制的思路，為以后類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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