淺覆土河床地段盾構(gòu)施工工法

1、淺覆土河床地段盾構(gòu)施工工法中鐵四局集團(tuán)有限公司GZSJGF04-10-30一、前言 在盾構(gòu)法隧道施工中，由于隧道線路走向的限制，會遇到穿越河道或湖底，而隧道頂 到河底或湖底，而隧道頂?shù)胶拥谆蚝椎木嚯x很近，大大小于盾構(gòu)機(jī)直徑， 也就是淺覆土。 盾構(gòu)機(jī)在淺覆土層掘進(jìn)時，一方面，造成極限最小與最大土壓力之間變化范圍較小，使得 開挖面支護(hù)壓力不易控制；另一方面，由于襯砌受到周圍地下水和盾尾注漿漿液的浮力作 用，當(dāng)管片上部土壓力與管片自重?zé)o法抵抗管片浮力時，就會出現(xiàn)隧道管片上浮，同時會引發(fā)工程事故。天津地鐵2號線工程曹莊站延安西路站區(qū)間隧道工程，區(qū)間隧道工程需穿越外環(huán)河后進(jìn)入曹莊站盾構(gòu)井接收，最小覆土

2、僅為 3.818m, 小于盾構(gòu)直徑 6.340m, 因此，我 們對淺覆土過河段的土體進(jìn)行加固，有效防止處于飽和含水土層中發(fā)生涌水突沉引起上方 沉陷產(chǎn)生涌水裂隙，避免了大量河水由盾尾或開挖面的缺陷處涌入而淹沒隧道等引發(fā)的工 程事故，經(jīng)過工程實(shí)踐，形成本工法。二、工法特點(diǎn)1. 制定合理外環(huán)河土體加固方案， 確定攪拌樁施工參數(shù)，并增設(shè)導(dǎo)流管，確保河水暢 通。2. 通過監(jiān)測數(shù)據(jù)合理制定盾構(gòu)掘進(jìn)土壓、速度、注漿量等施工參數(shù)，并確保管片拼裝 與盾尾密封符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。3. 能有效的防治因?yàn)槎軜?gòu)擠壓導(dǎo)致前方土體隆起過多，盾構(gòu)處于飽和含水層中發(fā)生涌 水突沉引起上方沉陷，產(chǎn)生涌水裂隙，致使大量河水由盾尾或開挖

3、面的缺陷處涌入而淹沒隧道。三、適用范圍本工法適用于淺覆土河床的盾構(gòu)施工。四、工藝原理盾構(gòu)穿越淺覆土河流時，克服隧道管片上浮比較困難，過程控制與調(diào)整尤為重要；增設(shè)抗浮板、導(dǎo)流管、河床回填、優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)等措施，保證土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)淺 覆土過河段時可以建立土壓平衡，并且不發(fā)生噴涌現(xiàn)象，在通過盾尾同步注漿系統(tǒng)向管片 壁厚注漿從而保持地表穩(wěn)定。五、工藝流程及操作要點(diǎn)（一）工藝流程 見圖 1圖1工藝流程圖（二） 操作要點(diǎn)1設(shè)置圍堰、抽水在盾構(gòu)穿越淺覆土河床時，首先設(shè)置圍堰，圍堰大小根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間線間距有直接關(guān)系，設(shè)置圍堰區(qū)域?yàn)閰^(qū)間隧道邊緣向外延伸不低于1倍的隧道底部埋深的距離，圍堰沿河流橫斷面布置，

4、兩圍堰寬度為區(qū)間隧道邊緣需要分別向外延伸，約3.54倍的寬度，放坡1: 1截流。圍堰頂面寬5m,底面寬度為河底寬度、高度為高出河面約1.5m，圍堰用粘土直接堆填并碾壓。圍堰筑好后，進(jìn)行抽水，清淤。如圖2圍堰縱斷面、圖3圍堰橫斷面圖。圖2圍堰縱斷面圖圍水抽出水抽出圍精品資料5COO圖3圍堰平面圖2. 土體加固詳細(xì)了解地質(zhì)勘查報(bào)告，了解土層結(jié)構(gòu)，了解周圍環(huán)境，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，并制定 相應(yīng)的施工方案，確保地基加固工作順利進(jìn)行，以免影響總工期。盾構(gòu)施工中，常用的土體加固方法為凍結(jié)法加固、高壓旋噴樁加固、靜態(tài)分層注漿加 固、深沉攪拌樁加固等方法，選擇原則主要是在確保安全情況下選擇經(jīng)濟(jì)而有效的加固方 法

5、，本工法選用深層攪拌樁作為加固方法，相比其他加固方法更加經(jīng)濟(jì)有效。攪拌樁加固原則為盾構(gòu)法隧道外上下3m左右3m以便增加土體的整體性，確保加固后的土體強(qiáng)度不得小于 0.8MPa,抗?jié)B系數(shù)小于1X 10-8cm/s。如圖4攪拌樁加固示意圖及圖 5 攪拌樁施工工藝流程。圖5攪拌樁加固示意圖圖4攪拌樁加固示意圖3.抗浮板、導(dǎo)流管、河床回填施工、抗浮板待攪拌樁加固完成后將原河底向下開挖400600mm根據(jù)具體情況而定，其標(biāo)高滿足在進(jìn)行墊層與混凝土澆筑后與原河床標(biāo)高齊平，而后澆筑100mn厚的墊層，墊層材料為素混凝土，標(biāo)號C10。墊層寬度為河流寬度，墊層的長度為圍堰區(qū)域內(nèi)的長度，墊層上方施工鋼 筋混凝土底

6、板，鋼筋采用直徑14mm紋鋼，單層，間距為0.2mx 0.2m?；炷翗?biāo)號C30S10,厚度200300mm這樣保證了混凝土面與原河底面標(biāo)高齊平，從而確保河道恢復(fù)后河底標(biāo)高保持不變。、導(dǎo)流管混凝土抗?jié)B抗浮板強(qiáng)度達(dá)到 80%H，沿河流方向放置承插混凝土管，管涵長度為2倍的隧道中心間距，管涵下方使用碎石作墊層，混凝土管的大小與數(shù)量根據(jù)河水流量以及流速 確定，如河水上方或下方附近有橋梁，則管道與橋孔須對齊。管涵斷面見圖6:圖6導(dǎo)流管布置斷面圖、河床回填導(dǎo)流管設(shè)施完畢后。填筑過程中必須隨時進(jìn)行分層（ 400mm填筑且碾壓，壓實(shí)度須達(dá) 到86%以上。粘土填充高度根據(jù)原覆土厚度與盾構(gòu)機(jī)直徑有關(guān)，回填覆土的

7、厚度與原覆土的厚度相加后必須大于1倍的盾構(gòu)直徑，才符合盾構(gòu)安全施工要求，最終效果如圖7所示：粘土充填圖7河床覆土最終斷面效果圖上述工作完成后，拆除既有圍堰，恢復(fù)河水流通。4. 盾構(gòu)掘進(jìn)施工、土倉壓力的設(shè)定與控制土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理即，將正面土體切削下來進(jìn)入刀盤后面的密封艙內(nèi)，并使艙 內(nèi)具有適當(dāng)壓力與開挖面水土平衡，以減少盾構(gòu)推進(jìn)對地層土體的擾動，從而掘進(jìn)施工中 維持地表的穩(wěn)定。在盾構(gòu)穿越加固區(qū)中，嚴(yán)格控制土倉壓力，對控制地表沉降是至關(guān)重要 的。土倉壓力理論值計(jì)算步驟如下：由于在淺埋段中掘進(jìn)施工，計(jì)算該類土層水土壓力時采用水土分算的原則計(jì)算。通常按照郎金主動壓力和被動土壓力計(jì)算。 主動土壓力2

8、 iPaRan (45)i 2式中：Z地層厚度；y i 計(jì)算土層的重度；0i 計(jì)算土層的內(nèi)摩擦角。a Pa K 0式中：KO 側(cè)向壓力系數(shù) 被動土壓力2i、PpRan (45-)p i 2pPp K o 水壓力s qH s式中：q-根據(jù)土的滲透系數(shù)確定的一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，砂土中 q=0.81.0, 口=黏性土中0.30.5H-隧道埋深；丫 s 水的重度。土倉壓力理論取值范圍即為：P ( a s) 1.2 (ps) 1.2為了便于提高施工速度，一般土倉壓力理論取值1.2倍主動土壓力即可。在施工前根據(jù)地層變化一般每5環(huán)計(jì)算一個理論土倉壓力值作為備用。、同步注漿及二次注漿 由于管片外徑小于開挖直徑，當(dāng)管

9、片拖出盾殼后，必須及時在管片壁厚填充砂漿，以控制地表沉降及管片變形、沉降。同步注漿壓力及注入量理論計(jì)算步驟如下。根據(jù)管片外徑與刀盤開挖直徑的間隙V 計(jì)算出理論注漿量 Q淤泥層一般理論注漿量為理論間隙的180%- 240%倍。(D2 d2)L4式中:D 刀盤最大開挖直徑;d管片外徑V盾構(gòu)施工引起的間隙L每環(huán)管片長度丫一注漿率（天津地層一般取1.52.0 ）以6.340盾構(gòu)機(jī)、管片外徑6.2m、長度為1.2m的管片為例，通過計(jì)算(6.342 6.22) 1.24=1.65m3,則實(shí)際施工過程中,同步注漿量為3-3.4 m3,并根據(jù)實(shí)際情況與地面的構(gòu)筑物布置情況進(jìn)行改正。針對管片滲漏水、隧道沉降、地

10、面沉降，對其進(jìn)行二次補(bǔ)漿；注入位置滿足距盾尾 大于10m,以防止地層中的泥水和襯砌外圍的漿液從盾尾間隙擠入盾尾，損壞盾尾鋼絲刷， 尤其是穿越淺覆土河床地段，二次注漿尤為重要。注雙液漿時，先注入純水泥漿液1min后，打開水玻璃閥進(jìn)行混合注入，終孔時應(yīng)加大水玻璃的濃度。在一個孔注漿完結(jié)后等待 510分鐘將該注漿頭打開疏通查看注入效果，如果水很大，應(yīng)再次注入直至有較少水流出時即可終止。雙液漿注漿壓力控制在 0.30.5MPa。刀盤轉(zhuǎn)速控制刀盤轉(zhuǎn)速需要與地層地質(zhì)相配合，在淺覆土粉質(zhì)粘土土層中，一般選取1.01.5rpm。3. 勞動力組織安排表1勞動力組織安排（每班）序號工種人數(shù)職責(zé)備注1技術(shù)、測量人員

11、1技術(shù)控制、沉降、導(dǎo)線監(jiān)測所有施工2班長1負(fù)責(zé)工班的人工組織與協(xié)調(diào)盾構(gòu)施工3盾構(gòu)司機(jī)2盾構(gòu)的操作與工作狀態(tài)記錄盾構(gòu)施工4地面工人7漿液配置、吊機(jī)司機(jī)、管片吊裝盾構(gòu)施工5井下工人7同步注漿、管片拼裝、機(jī)車司機(jī)、調(diào)車員盾構(gòu)施工6電工1洞內(nèi)照明、電路、電器維護(hù)盾構(gòu)施工7維修工1設(shè)備故障與排查盾構(gòu)施工8機(jī)長1負(fù)責(zé)攪拌樁施工與工作狀態(tài)記錄土體加固9拌漿3負(fù)責(zé)漿液拌制、零工土體加固10班長1負(fù)責(zé)全面協(xié)調(diào)圍堰、抗浮板、導(dǎo)流管、回填11普通15司機(jī)、鋼筋工、普工合計(jì)40六、材料設(shè)備本工法無需特別書說明的材料，主要機(jī)具設(shè)備表見表2表2主要機(jī)具設(shè)備表序號機(jī)械設(shè)備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1挖掘機(jī)EX200臺1土方開

12、挖2土方車20m3輛5泥土運(yùn)輸3水泵40m/h臺4排水4深層攪拌機(jī)sjb- n臺2攪拌樁5汽車吊25t輛1進(jìn)行吊裝6全站儀萊卡臺1測量7水準(zhǔn)儀DS3臺1測量8盾構(gòu)機(jī)小松6340臺2盾構(gòu)施工9盾構(gòu)施工配套設(shè)備套2盾構(gòu)施工10龍門吊32t臺2垂直運(yùn)輸七、質(zhì)量控制(一) 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2001)、盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范(GB50446-2008)及其他有關(guān)規(guī)定。(二) 質(zhì)量保證措施1. 攪拌樁施工中，確保施工嚴(yán)格按照交底進(jìn)行，施工后取芯滿足地層加固要求。2. 盾構(gòu)推進(jìn)過程中，加強(qiáng)對軸線的控制，推進(jìn)時做到勤測勤糾，而每次的糾偏量應(yīng)盡 量小，確保管片環(huán)面始終處于曲線

13、半徑的徑向豎直面內(nèi)。3. 盾構(gòu)在河床段推進(jìn)， 管片拼裝時加強(qiáng)螺栓的復(fù)緊，加強(qiáng)管片間的相互約束，可以有 效控制隧道上浮。4. 在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中須不定時的進(jìn)行集中潤滑油脂的壓注，避免造成的軸承和其他設(shè) 備的損壞，影響盾構(gòu)推進(jìn)施工。同時做好盾尾油脂的壓注工作，確保施工中盾尾與管片的 間隙內(nèi)充滿盾尾油脂。5. 按制定的監(jiān)控量測方案進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，并根據(jù)地面沉降及隧道變形，及時調(diào)整掘進(jìn) 參數(shù)和注漿量，如還不能滿足，則采用二次注雙液漿。注漿過程中嚴(yán)格控制漿液質(zhì)量及注 漿量和注漿壓力。6. 每環(huán)推進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制平衡土壓力，使切口正面土體保持穩(wěn)定狀態(tài)， 以減少對 土體的擾動。采取信息反饋的施工方法在盾構(gòu)推進(jìn)

14、工程中進(jìn)行跟蹤沉降觀測，并及時反饋 沉降數(shù)據(jù)，為調(diào)整下階段的施工參數(shù)提供依據(jù)。八、安全措施1. 施工前組織有關(guān)施工人員熟悉方案以及進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底。2. 在推進(jìn)過程中，優(yōu)化施工參數(shù)，嚴(yán)格控制隧道軸線，加強(qiáng)監(jiān)控量測的密度和強(qiáng)度， 以減少地表隆沉和隧道的變形，確保盾構(gòu)施工安全。3 實(shí)行三級教育，加強(qiáng)崗前、工序、轉(zhuǎn)崗等培訓(xùn)與教育；組織盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工、管片 拼裝、同步注漿等學(xué)習(xí)；實(shí)行班前教育制度。4 定期對拼裝機(jī)進(jìn)行檢查， 管片工作面和拼裝位置做好警示標(biāo)志， 管片舉重臂旋轉(zhuǎn)范 圍內(nèi)嚴(yán)禁站人。5 電瓶車司機(jī)嚴(yán)格執(zhí)行安全行車規(guī)程， 加強(qiáng)對車連接部位進(jìn)行檢查。 配置行車閃光警 示燈，運(yùn)行中嚴(yán)禁搭乘車，

15、嚴(yán)格控制行車速度。九、節(jié)能、環(huán)保措施1 容易產(chǎn)生噪音的機(jī)械設(shè)備采取合理布局， 加強(qiáng)設(shè)備潤滑和維護(hù)保養(yǎng)工作， 嚴(yán)格執(zhí)行 相應(yīng)作業(yè)指導(dǎo)書和設(shè)備檢點(diǎn)規(guī)程， 減輕噪音對周圍居民生活環(huán)境的影響 , 加強(qiáng)對司機(jī)的環(huán)保 意識，減少噪音污染。2 固體廢棄物按不同性質(zhì)、 類別分開存放， 主要分為危險、 不可回收利用固體廢棄物、 可回收利用固體廢棄物、生活和辦公垃圾等。3 抗浮板施工過程中， 使用泵車泵送混凝土，應(yīng)及時清理撒漏的混凝土， 防止對環(huán)境 造成破壞。4 土方施工過程中，最大限度地保護(hù)河床河堤以及綠化帶，不對其產(chǎn)生破壞。5 土方車運(yùn)土過程中應(yīng)全程覆蓋，嚴(yán)禁將土拋灑在外環(huán)線及其他市政道路上。6 水泥攪拌樁施

16、工時現(xiàn)場經(jīng)常保持整潔衛(wèi)生， 合理設(shè)置排水溝， 將廢棄泥漿由排水溝排至指定位置，防止污染周邊環(huán)境。十、經(jīng)濟(jì)效益分析1. 技術(shù)效益：本工法施工中，成型管片上浮情況在允許范圍內(nèi)，確保了隧道、附近橋 梁、河堤的安全，未造成環(huán)境危害，為城市地鐵在下穿淺覆土河流時提供了具體的指導(dǎo)和 借鑒，為以后城市地下工程在類似情況下的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù)，并更進(jìn)一步 的促進(jìn)盾構(gòu)工程施工技術(shù)的發(fā)展。2. 經(jīng)濟(jì)效益：因盾構(gòu)下穿淺覆土河流斷，施工難度大，危險性高，采取此方法后，可 以有效的避免了發(fā)生涌沙、涌水等險情，不僅避免了工程事故的發(fā)生，而且經(jīng)過改良后的 土體可以確保盾構(gòu)正常掘進(jìn)和成形隧道在淺覆土河底下的穩(wěn)定性，

17、其中攪拌樁相比以往的 旋噴樁加固，加固成本差距大，確保了工期，節(jié)省了人工、機(jī)械，經(jīng)濟(jì)效益顯著。3. 社會效益：曹莊站盾構(gòu)井延安西路站區(qū)間隧道的貫通，為天津地鐵2號線高效快 速發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，得到了業(yè)主的好評，更有利社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。十一、應(yīng)用實(shí)例天津地鐵 2號線曹莊站盾構(gòu)井延安西路站區(qū)間采用兩臺單圓盾構(gòu)分別與2010年3月23日、 2010年 4月10日先后從延安路站始發(fā)掘進(jìn)，并穿越陳塘莊鐵路、外環(huán)西路、外環(huán)河，最 后到達(dá)曹莊站盾構(gòu)井。 區(qū)間起訖點(diǎn)里程為 DK3+028.22 DK2+150.7 ，其中右線含短鏈 0.872m ， 線長876.648m；左線含短鏈0.111m，線長877.409m。本區(qū)間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道及泵