复合地层中土压平衡盾构下穿河道施工重难点论述

复合地层中土压平衡盾构下穿河道施工重难点论述

陈虹

东莞市轨道交通有限公司广东东莞523073

摘要：本文通过对土压平衡盾构施工案例，归纳了该盾构施工过程中遇到的重难点，同时针对各个重难点采取了相应解决措施。为指导复合地层土压平衡盾构的施工总结了经验。

关键词：盾构；下穿河道；施工

1工程概况

某地铁隧道全长2.4公里，隧道设计开挖断面6m，需穿越一宽75米的河流。河道水深3米，隧道顶部覆盖土层厚7.3米。。

根据地质钻探揭露，地层特征自上而下依次如下：素填土、软塑状粉质粘土、淤泥质粘土、中砂、粗砂、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩及中风化粉砂岩。

综合地质条件考虑，该项目具有隧道埋深浅，地层强度低、自稳性差、渗透性大的特点。

2施工重难点分析

针对该工程的特点，结合该工程的地质状况，就该工程施工的重、难点进行了分析归纳。

1、隧道周边结构的安全。河道两岸均设有一高13米扶壁式挡墙，挡墙基底土层采用搅拌桩加固，在隧道开挖过程易导致挡墙基础沉降开裂。

2、河道击穿导致隧道涌水涌砂的重大安全风险。在河道内盾构掘进施工过程中，由于隧道土层覆盖较薄，且为透水砂层不良地质，存在河底坍塌并发生涌水涌砂的重大安全风险。

3、带压换刀的安全风险。由于该河道长70米，隧道中下层为中风化粉砂岩。在隧道掘进过程中刀具磨损较快，存在盾构未完成河道穿越施工即需要更换刀具的风险。而该河道中上方地层具有自稳性差，渗透性大的特点，盾构带压换刀风险较大。

4、盾构土仓结泥饼的风险。该隧道下部地质以粉砂岩为主，该地层具有粘性大的特点，在施工过程中容易出现结泥饼的风险，影响盾构的掘进进度。

3施工重难点应对措施

针对以上施工重难点，结合工程现场情况，通过采取一序列技术上的应对措施，确保了盾构安全顺利的通过了该河道的施工，取得了较好的效果。

1、施工监测：制定了专项的施工监测方案，监测内容包括地表沉降，管片位移、地中位移及挡墙的沉降与倾斜，掌握盾构掘进施工过程中地层的变化情况以及结构物的安全，分析周边结构及地层的稳定情况，并根据监测数据调整盾构掘进参数，确保周边结构的安全。

2、加固施工：由于扶壁式挡墙基底为搅拌桩基础，在盾构掘进过程中存在挡墙前方土地流失导致搅拌桩受剪切破坏变形的风险。为确保挡墙基础的稳定，在挡墙前后方各三米范围内采用三重管旋喷桩加固。

4、施工参数控制：为防止涌水涌砂的安全风险，首先从土仓压力上，根据河道内水位的变化，随时调整土仓压力，防止压力过大导致河床隆起甚至击穿河床引起涌水涌砂。准确计算出土量，防止过量出土导致盾构上方土体流失而引起河床坍塌。

5、加强同步注浆及二次注浆：在盾构施工过程中，除了控制掘进期间的土压，以防形成“土塞效应”减少喷水和涌水的风险之外，从管片外壁补注浆，切断后方的水流通道也至关重要。首先，在管片脱出盾尾8~10环后，对管片进行补浆双液浆止水环。双液浆配比（水泥：水=1：1）（水泥浆：水玻璃稀释液=1：1）在注浆前要根据所调整的配比做实验，要求初凝时间为12~15秒。其次，每次止水环至少连续两环，每环的上半部3个孔必须注浆，下半部根据实际情况处理。注浆压力控制在0.3Mpa，不能过大，以防损坏管片。两道止水环一般相隔15~20环，效果不好时，宜加密至5~10环，两道止水环之间开孔放水，水压下降后补充单液浆或者砂浆，以填满为止。

6、换刀施工：因河道内带压换刀施工安全风险较大，为避免刀具磨损后无法掘进而需要在河道内换刀的风险。在盾构进入河道前，在岸边首先对地层采用三重管旋喷桩进行加固，加固长度为5米，待盾构机进入加固体后对所有刀具进行更换。

7、防止结泥饼措施：严格控制掘进参数，掘进速度不宜超过20mm，在刀盘扭矩不大时，宜适当加快刀盘转速。刀盘旋转时宜经常进行正反向切换，避免长时间同一方向旋转。每环掘进50cm左右，进行不加推力，空转刀盘，并加入分散剂清洗土仓，适当增加泡沫的注入量，每环测2次土仓隔板温度以及渣土温度。由于发泡剂注入后仓内土压随之上升，这时通过适当增加螺旋机速度，控制土压，以防压力过高击穿隔水层，导致涌水涌砂。

4小结

本工程地质情况在华南地区具有一定代表性，本文归纳了复合地层盾构施工中遇到的重难点，同时针对各个重难点采取了相应解决措施，该施工经验总结对类似盾构隧道施工具有一定借鉴意义。

参考文献：

[1]东莞市快速轨道交通2号线下穿河道施工组织方案；

[2]GB50446-2008盾构法隧道施工与验收规范。