崔現(xiàn)慧

摘 要：盾構(gòu)下穿城市河流湖泊具有較高的風(fēng)險性。鄭州地鐵4號線下穿會展中心如意湖為富水砂層，如意湖水位較深為較大風(fēng)險源。為保證地表安全、將沉降控制在要求范圍以內(nèi)，同時又要防止盾構(gòu)掘進噴涌等情況的發(fā)生，本論文主要對盾構(gòu)機下穿湖泊過程中需要采取的一些技術(shù)措施和掘進參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，以保證盾構(gòu)機能安全順利下穿如意湖。

關(guān)鍵詞：富水砂層;下穿湖泊;盾構(gòu)機控制措施;城市地鐵

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0092-02

0引言

如意湖北站～會展中心站區(qū)間長度和穿越水域長度均為鄭州軌道交通開建以來最長，水壓最大、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工區(qū)域敏感、風(fēng)險高的典型案例。本文針對工程特點，總結(jié)施工經(jīng)驗，提煉土壓平衡盾構(gòu)機“高水壓”穿越如意湖水域的控制措施和要點，確保盾構(gòu)在穿越類似工程中的安全順利。

1 工程概況

1.1工程簡介

如意湖北站～會展中心站自會展中心北端盾構(gòu)井始發(fā)下穿如意湖至如意湖北站南端盾構(gòu)井接收;左線長度1097.132m（含短鏈6.392m），右線長度1112.324m。區(qū)間設(shè)置1座聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。

區(qū)間最小曲線半徑為400m。線路縱坡設(shè)計為“V”型坡，坡度為26.4‰。線路走向具體見圖1所示。

1.2隧道設(shè)計概況

區(qū)間隧道管片外徑6.2米，內(nèi)徑5.5米，襯砌管片分為3塊標準管片（A1、A2、A3），兩塊鄰接管片（B1、B2），1塊封頂管片（K型）。標準襯砌環(huán)環(huán)寬為1.5m。管片采用C50防水混凝土，抗?jié)B等級P12。盾構(gòu)管片設(shè)計為錯縫拼裝。管片類型為通用型襯砌形式。

1.3工程水文地質(zhì)情況

1.3.1工程地質(zhì)概況

區(qū)間地層從上而下為①1層雜填土、②31層粘質(zhì)粉土、②32層粘質(zhì)粉土、②33層粘質(zhì)粉土、②22層粉質(zhì)黏土、②34層粘質(zhì)粉土、②41層粉砂、②51層細砂、③24層粉質(zhì)黏土、③25D層細砂。

區(qū)間隧道下穿如意湖處埋深為14.429～15.247m，盾構(gòu)區(qū)間下穿如意湖位置主要地層為②51層細砂。本區(qū)間隧道地質(zhì)情況見圖2所示。

1.3.2工程水文概況

本區(qū)間施工場地附近區(qū)域內(nèi)地表水系較為發(fā)育，如意湖連接環(huán)繞鄭州的東風(fēng)渠，水源豐富。根據(jù)地下水含水空間介質(zhì)和水理、水動力特征及賦存條件，可分為潛水、微承壓水兩種類型。

2盾構(gòu)穿越前準備工作

2.1試驗段設(shè)置

為總結(jié)盾構(gòu)穿越如意湖段合理的施工參數(shù)和控制措施，在盾構(gòu)通過如意湖前100米設(shè)置試驗段，從以下幾個方面進行了試驗研究：（1）研究鄭州細砂層透水性以確定實際掘進保壓參數(shù);（2）研究掘進參數(shù)對地表隆起和沉降變形的影響及正常掘進改良措施;（3）摸索盾構(gòu)機刀盤不同開口率在鄭州地質(zhì)條件的適應(yīng)情況及參數(shù)調(diào)整;（4）通過本段施工，加強對地面變形情況的監(jiān)測分析，掌握盾構(gòu)推進參數(shù)及同步注漿的量，研究不同地質(zhì)條件下砂漿的注入?yún)?shù)對隆起和沉降的影響[1]。

2.2技術(shù)準備

（1）如意湖為人湖，通過向如意湖修建單位詳細了解如意湖的湖底、混凝土擋墻及漿砌石擋墻的結(jié)構(gòu)形式等，為項目穿越如意湖過程中方案編制、主要參數(shù)確定、設(shè)計完善、工藝改進、輔助措施的制定等提供第一手準確資料;（2）盾構(gòu)機到達如意湖前人工復(fù)測湖底實際標高及湖水深度，根據(jù)隧道實際覆土層的厚度通過朗肯土壓力計算公式，確定盾構(gòu)穿越如意湖所需的土壓力，從而以避免欠壓掘進造成超挖或土倉壓力設(shè)置過高造成湖底開裂及湖面冒漿的現(xiàn)象發(fā)生。

2.3設(shè)備維修保養(yǎng)

在到如意湖前對盾構(gòu)機進行一次全面維修和保養(yǎng)，檢修好盾構(gòu)機及配套設(shè)備的各系統(tǒng)零部件，確保性能完好，切忌在風(fēng)險源附近停機，保證盾構(gòu)機快速穿越風(fēng)險源。

3穿越過程控制措施

3.1盾構(gòu)掘進參數(shù)及調(diào)整

3.1.1土倉壓力

穿越段覆土厚度15.87～16.7m，最大水深約為10m，根據(jù)公式P=K0（γh+q）計算土倉壓力為2.2～2.6bar（隧道頂埋深25.58～26.2m，含湖水深度），施工過程中，根據(jù)掌子面靜壓力及螺旋機出渣量及時調(diào)整土倉壓力和掘進速度，以防止掌子面失穩(wěn)導(dǎo)致湖底擊穿或下沉。

3.1.2嚴格控制盾構(gòu)糾偏量和掘進速度

為保證盾構(gòu)機姿態(tài)和管片姿態(tài)良好，切忌在穿越湖底過程中對盾構(gòu)機和管片姿態(tài)進行急速糾偏，以防止管片大面積破損和卡盾帶來的涌水涌砂。結(jié)合鄭州地鐵5號線盾構(gòu)在細砂層中施工經(jīng)驗，在盾構(gòu)穿越的過程中，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻，嚴格控制分區(qū)油缸壓差;推進速度控制在30～40mm/min，確保盾構(gòu)施工安全。

3.1.3推力

由于穿越地層為粉細砂層，埋深較深，盾構(gòu)機掘進過程中千斤頂推力偏大，推力控制在2200～2500T左右，注意調(diào)節(jié)推力的變化，即防止盾構(gòu)機推力不足超挖，又要防止推力過大湖底隆起。

3.1.4同步注漿

同步注漿壓力控制為1.1～1.2倍的靜止土壓，注漿量為理論注漿量的1.5～2.5倍。

按照：Q=V×λ

式中：λ—注漿率（取1.5～2.5，曲線地段及砂性地層段取較大值，其它地段根據(jù)實際情況選定）

V—盾尾建筑空隙（m3）

V=π×（6.372-6.22）/4×1.5=2.66m3;

則：Q=3.99～6.65m3/環(huán);