郝 利 军
(中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450000)
谈大直径泥水盾构超浅埋始发技术研究
郝 利 军
(中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450000)
以杭州环城北路地下通道工程为依托，从端头加固、洞门密封系统、断头降水、始发参数设定、信息化施工等方面，就大直径泥水盾构覆土厚度小于0.5倍隧道直径工况下的始发技术进行了系统的总结，为后续类似工程施工积累了经验。
大直径泥水盾构，洞门密封系统，端头加固，施工监测
0 引言
根据国内外盾构施工经验，在大直径盾构隧道设计中通常将盾构始发和到达段的隧道覆土设计为0.6倍～0.8倍隧道直径的浅覆土始发和掘进，并采用增加延长洞门、水下到达等措施以规避盾构始发和到达期间的施工风险。如翟志国的《城市大直径泥水盾构始发技术浅谈》、李振武的《大直径泥水盾构始发技术》等。
但是目前国内外尚未有隧道埋深小于0.5倍隧道直径的、复杂周边环境条件下的大直径泥水盾构成功经验。
1 工程概述
1.1 工程概况
杭州环城北路地下通道工程沿环城北路、艮山西路呈东西向展布，全长约2 480 m，道路等级为城市快速路，双向四车道。地下隧道建设采用法国NFM公司生产的泥水平衡盾构机，其中南线盾构长度1 410 m，北线盾构长度1 275 m。
盾构隧道纵坡采用“V”字形分布，其最大设计纵坡为5.5%(如图1所示)，盾构始发段最小覆土3.4 m，到达段最小覆土6.3 m，正常掘进段覆土2.9 m～13 m，其中盾构下穿东河段河床底到隧道顶净距仅2.9 m、盾构下穿闸弄口地道段隧道顶与地道底净距仅0.6 m，施工范围内地下水埋深1 m～2 m。
1.2 工程地质水文条件
盾构隧道主要穿越的地层包括粉砂、砂质粉土、砂质粉土夹粉砂、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹砂质粉土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉质粉土层，属上软下硬。
施工区域内地下水位埋深约1.05 m～2.8 m。
1.3 周边环境
盾构始发井位于繁华的主干道艮山西路与凯旋路交叉口，且始发范围管线繁多、密集，主要有承插式φ500给水管、承插式φ300燃气管线、20世纪80年代修的φ1 800污水干管、通信等市政管线以及国防通信管线。
2 端头加固
2.1 以往案例
1)杭州庆春路过江隧道工程。
端头加固范围设计为纵向长12 m、横向加固至隧道外侧3 m、竖向由地面加固至隧道底以下3 m。当盾构机刀盘出加固体后，隧道掌子面土体出现失稳塌陷，在地面形成深约1 m、半径约4 m的塌陷沉降区(如图2所示)。
2)杭州运河隧道。
端头加固范围设计为纵向长度由原设计7 m调整为13 m、横向加固至隧道外侧3 m、竖向由地面加固至隧道底以下3 m。盾构机刀盘出加固体并建立正常泥水压力后洞门密封突然泄露，致使泥水压力突变，掌子面土体失稳坍塌，盾构机刀盘被埋(如图3所示)。
2.2 加固方案确定
由于杭州环城北路地下通道工程盾构始发施工环境复杂，始发段掘进层依次为②-3砂质粉土、②-4砂质粉土、③-1粉砂、③-2砂质粉土，以砂性土为主，透水性较强。
为避免再次出现始发期间地面塌陷，根据盾构机的长度和浆液注浆压力、扩散半径等参数，综合考虑研究，将本项目的盾构始发和到达端头加固范围确定为端头加固范围纵向长15 m，竖向由地面加固至隧道底以下5 m、横向加固至隧道两侧各5 m，如图4所示。
同时考虑到南线隧道盾构始发端头覆土仅3.4 m且位于十字路口，增加一个38 m长的次加固区，以确保盾构在超浅覆土工况下安全、顺利始发穿越主干道交叉口，同时使隧道覆土达到6.5 m，满足正常建立泥水压力要求。
2.3 工艺确定
盾构始发端头位于主干道艮山西路与凯旋路交叉口，并横穿整个路口，且路口上方有高架桥横跨施工范围，同时加固范围内华数、电信、移动、联通、国防、长途等各市政通信管线需就地保护，经综合研究考虑各工法的施工设备、成本、工期等因素决定采用φ800@600三重高压旋喷桩加固。
3 洞门密封系统
为确保本项目盾构机在社会环境、施工条件更加复杂的情况下顺利安全地始发，洞门密封系统采用两道密封方案，具体如下：
1)第二道密封。第二道密封由预埋洞门钢环、帘布橡胶板、折页压板等组成，其中预埋洞门钢环采用16 mm钢板焊接加工制作成“L”形，洞门钢环面板宽70 cm、内径12.1 m、厚度与工作井侧墙厚度相同，通过锚固钢筋预埋在工作井侧墙内，同时为防止钢环在吊装期间变形，在钢环的内弧面设置槽钢加固、外侧间距40 cm焊接一个加强板。
在钢环焊接安装完成及工作井结构侧墙钢筋绑扎完成后，根据事先确定的位置预埋注浆管，共8处(壁厚4 mm)，沿圆环均匀布置。
2)第一道密封。第一道密封由延长洞门钢环、帘布橡胶板、折页压板等组成，其中延长洞门钢环采用16 mm钢板焊接加工制作成“L”形，延长洞门钢环面板宽40 cm，内径12.9 m，厚度60 cm，通过焊接固定在预埋洞门钢环的面板上，同时为防止钢环在吊装期间变形，在钢环的内侧、外侧间距40 cm焊接一个加强板。
洞门密封系统总体方案见图5。
4 端头降水
根据地质水文条件，在始发工作井端头周边布置16口疏干降水井降低地下水位，弥补端头加固可能存在的缺陷，降低洞门破除期间及盾构始发期间涌泥涌水的概率，以确保施工安全。
5 始发参数设定
5.1 泥水压力设定
盾构机在加固体内掘进时，泥水压力以满足泥浆循环为主，因此泥水压力设定为0.4 bar。盾构机出加固前并在洞门注浆封堵完成后，根据隧道埋深计算的泥水压力进行设定，并根据监测数据实时调整泥水压力以确保地面沉降稳定。
5.2 泥浆质量
为加强对正面土体的支护，防止地面冒浆，在粉砂层和粉土层中掘进时，由于粉砂层稳定性差含泥量低，故采用重浆推进。泥水比重控制在1.15 g/cm3～1.25 g/cm3之间，粘度控制在25 s～35 s之间。
5.3 掘进与控制
为防止排泥管路吸口堵塞、控制推进轴线、保护刀具、刀盘，始发时推进速度不宜过快，控制在20 mm/min以内。掘进时，随时观察刀盘扭力变化情况，及时调整推进速度。进入正常阶段掘进速度控制在30 mm/min左右，参考泥浆循环能力，使之相协调。
5.4 洞门注浆封堵时机
盾构机主机长11.65 m，加固区长15 m，连续墙厚1 m，结构侧墙厚1.2 m，因此盾构机停机注浆封堵位置定在加固区13.5 m处，即盾构机在加固体内掘进13.5 m时，盾尾已进入加固体1.5 m(盾构机底部距洞门最近)、远离第一道密封3.6 m、第二道密封4.2 m。在该处停机既可降低洞门密封注浆对盾尾的影响，又可在未正常建压情况下确保地面交通安全。
6 信息化施工
6.1 盾构掘进参数的信息化
通过盾构机信息监测平台对盾构机进出浆液比重、流速、盾构机轴线偏差、推进速度、推力等各项施工参数实施在线监测，随时掌控各项参数的变化情况，并实时予以调整。
6.2 施工监测的信息化
监测是施工的眼睛。通过监测及时发现施工过程中因参数设置不当引起的地面沉降、隆起等变化，并将监测数据及时分析反馈给施工现场，针对性调整参数。
7 主要结论及后续进一步提升空间
7.1 主要结论
1)端头加固范围纵向长度以大于盾构机主机长度3 m为宜。
2)创新了盾构始发洞门密封系统。
3)通过降水辅助措施，进一步降低了洞门破除和盾构始发期间突发涌水、涌砂等险情发生的几率。总结出了杭州地区盾构始发降水原则：盾构始发掘进断面内地质为粉砂土，地下水位降至隧道底2 m范围为安全水位；盾构始发掘进断面内地质为粉砂土和淤泥粘土，地下水位降至淤泥粘土为安全水位。
4)提出了针对性的繁华城区超浅覆土(最小埋深3.4 m)大直径泥水盾构始发掘进参数及注浆参数。
5)信息化施工的及时反馈，可促使盾构机司机及时调整参数，进一步增强盾构施工的安全系数。
7.2 后续进一步提升空间
理论上，洞门密封系统隧道管片为同心圆，但由于隧道始发坡度以及盾构机轴线偏差、洞门钢环安装误差等因素影响，使得管片与洞门密封系统形成偏心，造成部分折页压板无法起到应有的作用，甚至在同步注浆压力作用下折页压板翻出从而酿成事故。
在负环管片外弧面预埋钢板，待盾构机盾尾全部进入洞门密封系统后，用钢板将洞门与管片进行焊接连接。在后续施工中将在这方面进一步提升改进。
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Hao Lijun
(ChinaRailwayTunnelCo.,Ltd,Zhengzhou450000,China)
Taking underground channel engineering of Hangzhou Huancheng North Road as the background, starting from aspects of end reinforcement, cave door sealing system, launching parameter setting and information construction, the paper carries out systematical summary of launching technology of large-diameter cement-water shield with covering soil thickness less than 0.5 times of tunnel diameter, which has accumulated experience for continuous similar engineering construction.
large-diameter cement-water shield, cave door sealing system, end reinforcement, construction monitoring
1009-6825(2016)20-0176-03
2016-05-08
郝利军(1982- )，男，工程师
U455.3
A
