盾构过河隧道超浅覆土层区域施工技术

摘要:文章结合南京地铁二号线TA07标盾构机从莫愁湖站～汉中门站区间隧道施工情况,介绍了盾构机穿越秦淮河的施工方法,其中主要是盾构机穿越秦淮河超浅覆土层时的掘进参数控制、同步注浆压力控制和盾构机姿态控制技术,以期为今后超浅覆土层盾构施工技术提供一定的技术支持。

关键词:盾构施工;过河隧道;超浅覆土层;掘进参数;同步注浆

中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)12-0167-02

一、概述

(一)工程概况

南京地铁二号线一期工程莫愁湖站～汉中门站区间,从莫愁湖公园西北角(即莫愁湖站),由莫愁湖站沿汉中门大街向东,经蔚蓝之都,以400m的半径曲线向北拐,下穿秦淮河,过汉中门立交桥,进入汉中门站。莫～汉区间全线设计里程为:右线K11+210.508～K12+026.700,长度816.192m;左线K11+211.146～K12+026.700,长度828.869m。盾构机穿越秦淮河段处于圆曲线上,转弯半径R=400m,纵坡最大坡度为2.9%;设计里程左线为K11+807.216～K11+891.858,长度84.642m,实测为73m,管片序号为503～565;右线设计里程为K11+804.607～k11+899.540,长度94.933m,实测为73m,管片序号为496～560。

(二)工程地质

根据莫愁湖站～汉中门站区间的地质资料,结合该区域地质条件,秦淮河段上部覆土以淤泥质粉质黏土为主,下部以粉土砂性土为主。盾构过河段主要穿越地层为淤泥质粉质粘土,部分为粉土砂性土为主。土质的物理力学性质指标见表1:

表1 土质主要物理力学性质指标

土层名称 抗剪强度 地基承载力标准值fx(kPa) 透水性

C(kPa) Φ(度)

淤泥质粉质粘土 8.9 12.3 85 不透水

粉质粘土 29.7 20 140 不透水

粉砂 4.0 29.7 105 微透水

砂土 7.0 16.6 110 微透水

二、工程重点及主要施工对策

(一)工程重点

盾构过河段覆土较小,且处于半径R=400m圆曲线上。要求盾构掘进通过时对隧道线形、掘进参数和注浆压力予以严格控制,以防因坍塌或击穿覆土层引起河底漏水,保证盾构顺利通过秦淮河。

针对本工程特点及各种不利因素,制定了各项应急预案,并进行了严格的审查,主要包括《盾构长时间停车应急预案》、《盾构穿秦淮河河堤应急预案》、《盾构穿越秦淮河河道应急预案》等。同时,对各项应急预案中的应急物资进行实物检查,并将应急物资存放在现场操作区域范围内,将险情控制在萌芽状态。

(二)主要施工方案

1.确保设备良好。(1)停机点的选择。盾构机穿越秦淮河前,必须选择一个地层条件好、线型平缓、地面建筑物少、地下管线少的位置进行停机检修。根据设计给出的平、纵断面图并结合现场的实际情况,莫～汉区间左线盾构的停机点选在:K11+787.216(距秦淮河20m)莫～汉区间右线盾构的停机点选在K11+784.607(距秦淮河20m)。(2)设备检修项目。全面检修盾构机及附属设备,对盾构机存在的隐患问题彻底解决,为盾构机过秦淮河做好准备。其中包括:1)驱动系统检查,如电机、油马达、高压油管等;2)电气控制系统检查,如电磁阀、接触器、传感器等;3)注浆系统检查,如修注浆泵、清通注浆管路;4)渣良装置检查,如检修泡沫泵、水泵,清通管路,使之保持畅通;5)运输系统检查,含皮带机及电瓶车。根据中铁隧道公司的意见,改造皮带机,使之少落泥,尤其是电瓶车,保证刹车系统正常工作;6)盾尾排水设备检查,改潜水泵为隔膜泵配潜水泵,利用原改造过的双管路排除盾尾泥水。潜水泵为备用设备;7)气压设备按照3bar(0.3MPa)压力进行保压试验,对气压设备的气密性进行全面检查;8)检查铰接密封、盾尾密封,保证各部位具有良好的密封性能。

2.控制掘进参数。(1)土仓压力。在盾构机进入河段施工前对隧道轴线沿线的河底水深情况进行一次全面的测量,复核隧道覆土层的厚度。根据朗肯土压力计算,盾构穿越秦淮河段所需的土压力为0.11～0.14MPa,实际掘进过程中以土仓压力传感器值为准(0.18～0.20MPa),避免超挖或欠挖。(2)注浆量和注浆压力。盾尾油脂及时加注以避免盾尾涌水,壁后注浆压力控制为(0.2～0.3MPa),避免注浆压力大于盾尾密封压力时浆液残留固结在密封区。加大注浆量,按理论值的150%～200%进行注浆。注浆压力应保证足够注浆量的最小值为准,一般为0.2～0.32MPa。盾构进入河床底部后,为防止隧道上浮,注浆量再根据隧道覆土厚度的变化进行调整。(3)掘进速度及出土控制。盾构进入河底后保持平稳掘进,减少纠偏,减少对土体的扰动,出土量保持为97%左右,减少土体扰动,保持土体密实。掘进速度控制为5.4 cm/min。(4)测量控制。盾构过秦淮河时,处于圆曲线上,测量人员应严格的按照设计图纸,做好控制点,并将后视点设置在合理的位置,避免后视点的移动。(5)监控量测。为了确保安全,在原有监测方案基础上,加密点的布置,加密监测频率,提高变形控制标准,保证数据及时反馈,做到第一时间采取应急措施。

三、施工主要风险分析及应对措施

(一)施工风险分析

1.喷涌。地下水或者通过地层渗透的地下水没有及时与渣土排出从而导致地下水压力不断增大是发生喷涌的主要原因。本区间过河段盾构穿越的地层主要以淤泥质粉质粘土为主,扰动后易产生渗水现象。当渣土与大量地下水混合成流体状后进入土仓,随着仓内压力的增大,容易形成喷涌现象。

2.设备漏水。机械设备出现密封泄漏,如盾尾和盾体铰接出现严重漏水。

3.因坍塌或击穿覆土层,掌子面与河水连通。

(二)应对措施

针对上述风险问题,采取如下应对措施:

1.盾构穿越时,应保证盾构机平稳、快速的通过,尽量减少对隧道围岩的扰动,降低渣土中水的比例,向土体中适当加入适量的彭润土泥浆、高分子聚合物等改善渣土的和易性。

2.加强设备的维修保养工作。每日定时对设备进行检查工作,避免机械故障带来不必要的误工。

3.加强管片拼装质量防止管片渗漏水,保证过河段隧道管片不出现严重渗漏水,严格控制过河段的管片拼装质量。

4.盾构机若密封不好应采取紧急措施。如对盾壳铰接处可采取对紧急气囊充气先止住漏水,再对漏水处密封进行修复后对紧急气囊泄气,重新掘进。盾尾密封处如在河底发生较大泄漏,首先考虑多注盾尾油脂止水止砂浆,如情况仍无好转,则盾尾密封刷可能已损坏。此时在河底已不大可能对盾尾刷进行更换,可从管片与盾壳间隙处塞入海棉条,暂时止住漏水,等盾构机过河到站后对盾尾密封刷进行更换。

5.施工过程中,加强监测,加强对河面观察,并将监测信息、观察情况及时反馈到掘进作业面,做到信息化施工。特别情况直接回报至应急小组组长。

6.掘进时若发现掌子面与河水连通,采取先暂时关闭出土闸门,在少出土或不出土的挤压状态下继续向前推进,通过连通段后恢复正常掘进。必要时在河面抛填粘土袋,填压漏水点。

(三)制定应急程序,准备抢险物资

1.编制切实可行的应急程序,成立应急组织。

2.现场备用的物资设备有:压力传感器、流量调节阀、注浆泵过滤滤芯、土压传感器、盾尾注脂压力传感器、油脂泵密封、电磁阀插座、电磁阀阀体、二次注浆设备、高效聚合物(可很好的改良渣土状态)、海绵条、粘土及铁锹、编织袋、水泵、船等工具设备。

3.在河岸两边空旷处准备袋装粘土,一旦河底发生坍塌立即向河底抛填袋装粘土,确保盾构顺利通过。

四、结语

1.在通过浅覆土河道的隧道施工中,要综合考虑全线的地质、水文、地面构筑物,然后根据所选的机型与河道覆土、水文情况、航道要求采取相应的施工措施,安全施工并保证以后运营时的隧道安全。

2.采用土压平衡盾构机进行河底浅覆土隧道施工时要验算隧道上覆土的安全厚度。

3.浅覆土厚度不足时,河底注浆加固与设置抗浮板是有效措施之一。

4.在盾构推进时根据实际情况调整盾构推进参数,对减小轴线偏差、控制地面沉降机及隧道安全有重要影响。

作者简介:田金虎 (1973-),男,陕西临潼人,中铁七局集团第二工程有限公司工程师,研究方向:工程项目管理及技术。