1 概 述
北京地鐵10 號線二期項(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)䦟哟伯a(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，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，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)會引起周圍土體擾動進(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，以減少對土體的擾動。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，管片外的土層將會被漿液擾動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，將增加對土體的擾動。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)測要求對涼水河橋進(jìn)行監(jiān)測，對監(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)；對盾構(gòu)上現(xiàn)存的機(jī)械故障和缺陷，會同設(shè)備供應(yīng)商和專家共同檢測修理，并對可能產(chǎn)生的故障預(yù)先做好修理準(zhǔn)備，對主要設(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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