地铁工程施工技术探讨

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1工程概况

马草河河底宽16m，顶部宽30m，水位约0.5m，河床底部设有100mm厚草坪砖护底，300mm厚黏土层。河床底部至隧道顶部的地层分布情况，自上而下分别为①1杂填土层：（厚度3.109m）、①素填土层：（厚度1.010-1.879m）、②粘质粉土层：（厚度0.155-2.143m）、③细砂层：（厚度1.944m）、④圆砾层：（厚度0.913-4.029m）、⑤卵石层：（厚度6.068-10.017m），即隧道顶部至马草河河床底部覆土厚度约为12.314m，最小覆土厚度约为11.685m；地下水位位于隧道底以下7.663m；同时盾构在此处下穿草马河的曲线半径为右转500m，纵向坡度为26.03‰的上坡。

2盾构下穿马草河技术参数的设定

2.1土压力

由于盾构下穿马草河时，隧道顶上部约8m范围均为卵石5地层，土体孔隙率比较大，摩擦力也比较大，保压困难，如果保实土压，很可能会导致砂体板结，影响土仓结构，且推进速度缓慢，导致推力太大；如果保虚土压，就要求渣良控制好，能在刀盘前边掌子面前方形成一层不透水，不透气泥膜，保证土压达到预定的状态且能稳定存在。由于渣良所用的泡沫含有大量空气，存在击穿河床底部的可能。故盾构在下穿马草河时，则采用膨润土泥浆来改良渣土为主（适当减小泡沫剂空气流量），保证土仓压力。

2.2推力

根据盾构下穿马草河时的地质情况（隧道位于卵石5、卵石6地层）及隧道顶埋深为11.685m~12.943m的情况，为保证下穿马草河时能够顺利通过，则其推力值设定为10000KN～12000KN。

2.3螺旋机转速

马草河河床底部仅设有100mm厚草坪砖护底，300mm厚黏土层，隔水性较差，可能存在河水下渗情况，加之隧道顶上部约8m范围均为卵石5地层，土体孔隙率比较大，导致马草河河床底部区域范围内土体中的含水量偏高，在渣土较稀时，应降低螺旋机转速和闸门开度。其螺旋机转速值设定为5～8r/min。

2.4刀盘扭矩

盾构下穿马草河时，为保证其能安全顺利的通过，应严格控制马草河河床底部的沉降量，故需采用提高土仓实压部分比例的方法。刀盘扭矩值设定为3500kn.m～4000kn.m。

2.5刀盘转速与掘进速度

根据盾构下穿马草河时的地质情况（隧道位于卵石5、卵石6），为严格控制马草河河床底部的沉降量及减小对地层的扰动，刀盘转速设定值为0.8r/min～1.1r/min；掘进速度设定值为40mm/min～60mm/min。

2.6出土量

出土量的控制是盾构在土压平衡工况模式下工作的关键技术之一，当盾构下穿马草河时，其出土量的控制则显现得尤为重要。由于此出土量原则上按照理论出土量出土，根据盾构下穿马草河地质的情况（隧道位于卵石5、卵石6），每环掘进出渣松散系数取1.1~1.15，尽量减少土体扰动，保证土体的密实。每掘进循环出碴量：V1=KHπD2/4=（1.1~1.15）×1.2m×3.14×6.28m×6.28m÷4=40.8m2其中：D—开挖直径6.28m，H—管片宽度1.2m，K—松散系数1.1（经验值）。为保证每环出土量的稳定，则需对每环掘进的出土渣样进行取样（土体的流动性、塑性），并观测其改良效果及时调整。

2.7盾尾密封

在盾构下穿马草河前20环，对油脂系统进行检查、保养，视情况更换油脂泵密封。适当加大油脂用量（保证每环油脂用量不低于35kg），从而保证密封效果。油脂压力控制在15bar左右。

2.8渣良

（1）改良目的。①使渣土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制马草河河床底部的沉降；②使切削下来的渣土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土；③可有效降低刀盘扭矩及螺旋输送机扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾构机掘进效率，保证其能快速、匀速、稳定通过马草河。（2）改良方法。拟用膨润土泥浆改良渣土，不使用泡沫，防止泡沫空气压力过大上窜至河底。

2.9同步注浆及二次注浆

（1）注浆压力及注浆量。下穿马草河时，由于马草河河床底部仅设有100mm厚草坪砖护底，300mm厚黏土层，渗透性较大，同时隧道顶上部约8m范围均为卵石5地层，土体孔隙率比较大，故下穿马草河时，同步注浆压力值设定为1.0bar～1.8bar（注浆压力：上部为土仓上土压力+0.05~0.1MPa，最大不超过2.0～3.0bar），注浆量控制在4.8m3。同步注浆采用预拌干料砂浆，28d强度不小于2.5Mpa。（2）二次补浆。下穿马草河时，在管片脱出盾尾3-5环后，立即在1点位及11点位注入双液浆（凝结时间不大于1min），注浆量以注浆压力达到0.2MPa~0.25MPa为控制值。注浆同时，要观测盾尾密封效果，不能使浆液从盾构机与管片之间间隙渗漏出来。若出现该问题时，一要加大盾尾油脂泵压力，二要查看注浆压力是否过大。

3下穿马草河风险的预控和处理

（1）掘进前调查河水与地下水的水力联系情况，严格控制掘进参数，确保匀速，均衡，连续，快速通过，严格控制地层损失率。（2）加注膨润土浆等润滑剂，减少刀盘所受扭矩，降低对土体的扰动，确保土仓压力。（3）在进入下穿河流之前，严格进行土压控制、出土量管理和注浆控制，严格控制盾构机顶部土压。（4）注意掘进参数变化，严密监视出土的状况，尤其是要严密监视出土的水量变化，并据此判断地层状况。（5）施工期间，密切监视有无跑气、涌水等现象，一旦发现异常情况，及时汇报，及时采取措施处理。（6）及时布设监测点，加强河道设施的监控测量。

4结论

北京轨道交通房山线北延工程樊～四盾构区间采用了相应的施工技术措施顺利的穿越了位于卵石地层的马草河，为以后城市轨道交通建设中盾构在卵石地层中下穿河流有着很好的借鉴意义。

参考文献

［1］邓国忠.新建地铁盾构施工下穿既有线路分析［J］.地下工程与隧道，2014，（1）：25-27.

［2］邓统辉.盾构斜穿既有地铁线路施工技术［J］.铁道建筑，2013，（9）：54-56.

［3］朱合华.傅德明.张凤祥.盾构隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004

作者:刘强 单位:中铁十一局集团城市轨道工程有限公司