南宁地铁盾构下穿南湖施工技术

杨泽平

【摘 要】分析了南宁地铁盾构下穿南湖施工的重难点,从围堰施工、掘进控制、监控量测三方面,阐述了土压平衡盾构下穿南湖的施工技术,并提出了隧道的防渗漏与防喷涌措施,旨在保证施工的顺利进行. 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2016(042)025 【总页数】2页(P166-167)

【关键词】地铁;土压平衡盾构;围堰;掘进施工 【作 者】杨泽平

【作者单位】中铁隧道集团科学技术研究院有限公司,河南洛阳 471000 【正文语种】中 文 【中图分类】U455

随着城市地铁的大规模建设，盾构法在水下隧道的应用也逐渐增加，目前国内已有多座成功穿越水下的隧道工程实例[1-4]，很多学者也尝试了对水下盾构隧道施工技术进行了研究，并取得了一定的成果。王伟等[5]介绍了土压平衡盾构通过对河床砂袋反压以及河床加固的措施后穿越河流的施工技术；李振东[6]介绍了土压平衡盾构在砂卵石地层中下穿昆玉河施工关键技术；杨关青等[7]以广州地铁六号线(大坦沙站—如意坊站)盾构区间为例，通过各种措施，土压平衡盾构顺利穿越珠江。 目前我国计划修建的还有很多水下盾构隧道，需要大量的技术经验作为指导。南宁

地铁1号线下穿南湖隧道是南宁地区首条水下盾构隧道，有必要在该隧道修建过程中进行施工技术总结，并为后续盾构穿越邕江和其他的水下盾构隧道的施工提供借鉴。

麻村站—南湖站区间盾构需穿越南湖段长260 m，最小覆土厚度仅4.2 m，小于隧道洞径，南湖水深约1.6 m，穿越管段地质条件差，为粉细砂、软塑～流塑状粉质粘土层及圆砾层。

本工程施工中使用2台CTE6250复合式土压平衡式盾构机，开挖直径6.28 m。在盾构选型中，考虑南宁市圆砾富水层地质，对盾构机进行独特设计，主要为：刀具采用耐磨刀盘，刀盘整体开口率为40%；螺旋输送机叶片采用高锰块耐磨材料设计；设置盾壳外膨润土注入系统等。

1)水下浅覆土隧道盾构掘进工程中，掘进参数的选择不当将造成地层沉降过大，如何有序、平衡、平稳穿越南湖是本工程的难点。

2)地铁隧道防渗漏等级为二级，以结构自防水为主，加强接缝防水，隧道防渗漏为盾构掘进中控制重点。

3)由于盾构掘进断面处于松散粉细砂和圆砾层内，含水量丰富、渗透性强，上部隔水层厚度很薄，极易发生透水事故，导致湖水与隧道贯通，因此盾构穿越南湖防喷涌是本程的重点和难点。

盾构穿越南湖时，覆土4.2 m～9 m，为确保顺利通过此段，在盾构穿越前，先进行浅埋段的注浆加固。首先对埋深小于6 m的地段施作砂袋围堰[8]，围堰高出最高水位0.5 m，围堰内湖铺设0.5 m厚砂垫层作为加固平台，其次对围堰内隧道顶面以上1.5 m至隧道底部以下1.0 m～3.0 m范围的土体进行注浆加固。 浅埋段后期湖底清淤会进一步减少覆土厚度，故对围堰加固范围顶抛填0.5 m～1 m片石进行加固，增加覆盖层厚度，同时可减少盾构下穿浅埋段时隧道上浮的风险。

为确保盾构顺利穿越南湖，将盾构穿越南湖及前后地层进行细分，并选择有针对性的掘进参数，强化碴土改良以保证建立土仓压力，平衡地层压力并防止地下水流失，保证足够的同步砂浆量，严格控制地表(湖底)即时沉降及后期沉降。 1)第一段掘进施工。

此段处于软塑流塑粘土层，易发生扰动性触变沉降，地层在受刀盘及盾构机推进的扰动下易改变原状结构而发生沉降，并且在软流塑层中掘进方向不稳，频繁纠偏也会加大对土层的扰动，所以刀盘扭矩一般不大于2 000 kN·m，刀盘的转速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，始发时可达到的贯入度以推力控制为主，土仓压力控制在0.6 bar～0.8 bar。推进过程中应稳步推进，盾构通过后，通过同步注浆弥补地层的触变沉降值，注浆量控制在理论值的1.5倍～2.0倍[8]，在软塑粘土中管片易上浮，为了减少管片上浮对盾构姿态的影响，进行二次双液背衬注浆，管片每拖出盾尾3环～4环时加注双液浆，及时固化砂浆稳定管片，借助管片环本身的刚度减少初装管片的上浮。 2)第二段掘进施工。

该段地层为中透水的松散粉细砂，地下水容易稀释碴土，如果碴土改良不佳可能会出现喷涌现象。由于砂层内摩擦力较大，刀盘扭矩随之上升，所以刀盘扭矩一般在3 500 kN·m左右，刀盘的转速控制在0.8 rpm～1.2 rpm，贯入度为40 mm～60 mm，土仓压力控制在1.0 bar～1.2 bar。该段依然易发生扰动触变沉降，盾构通过后，通过同步注浆弥补地层的触变沉降值，注浆量控制在理论值的1.5倍～2.0倍，碴土改良除添加泡沫外，应开始添加少量膨润土以减少刀盘扭矩，膨润土注入量为2 m3/环～3 m3/环。管片上浮趋势在此地层有所减弱但仍存在，要求隔环进行二次双液背衬注浆，及时固化砂浆稳定管片，借助管片环本身的刚度减少初装管片的上浮。 3)第三段掘进施工。

该段的圆砾层为强透水层，地下水对碴土的稀释作用明显，掘进过程中容易出现喷涌现象。故每环添加6 m3左右的膨润土(膨润土浆液配合比：水/膨润土=10∶1)，其中的细颗粒成分有助于泡沫成泡，膨润土与泡沫增加碴土的流动性和止水性，防止螺旋机喷涌，减少刀盘扭矩保证土仓建立足够的压力(土仓压力一般控制在1 bar～1.2 bar)，同时减少刀具磨损，刀盘扭矩一般控制在3 500 kN·m～4 000 kN·m，刀盘转速0.8 rpm～1.2 rpm，贯入度达到40 mm～60 mm。该段覆土厚度增加，对即时沉降的敏感性降低，但同步注浆量不足时，会出现后期沉降，隔环进行二次双液背衬注浆。 4)第四段掘进施工。

该段为全断面的圆砾强透水层，容易出现喷涌现象，由于富水圆砾层渗透性，难以实现带压换刀作业，对刀具磨损寿命的要求高。故每环添加6 m2～9 m3左右的膨润土浆液，采用膨润土溶液+泡沫溶液的方式渣土改良，能够使盾构的各项掘进参数均能较好控制，并且改良出来的渣土具有较好的流塑性、止水性。如果常规的碴土改良仍不能防止喷涌，启用高分子聚合物系统注入高分子聚合物防止喷涌。该段覆土厚度增加，对即时沉降的敏感性降低，但同步注浆量不足时，会出现后期沉降，要求填充量达到理论值的2倍，该段的土仓压力计算考虑坍落拱土柱高度因素，土仓压力不应低于静水头压力，避免地下水流失引发大面积沉降，掘进过程中土仓压力控制在1 bar～1.5 bar，刀盘扭矩一般达到3 500 kN·m～4 500 kN·m左右，刀盘转速0.8 rpm～1.2 rpm，贯入度达到50 mm～70 mm。

为保证掘进时及时收集地表沉降监测数据，指导注浆作业和盾构掘进参数控制，确保盾构下穿南湖的安全。在现况湖底加固区域按纵向间距5 m，横向间距3 m布点，从施工情况和监测结果看，隧道中线地表最大沉降值均控制在20 mm以内。实践证明，由于盾构掘进参数调整及辅助措施得当，使盾构下穿南湖过程中，地表沉降得到很好的控制。

提高管片拼装质量，拼装时保证管片接缝处平顺，注意保护管片止水条，提高环纵缝的拼装质量。

对管片渗水情况主要采取二次补充注浆进行堵漏，二次注浆使用专用的注浆泵，注浆前凿穿外侧保护层，安装专用的注浆接头，二次注浆采用水泥浆、水玻璃双液浆，注浆压力为0.3 MPa～0.5 MPa。

1)渣土改良是防止喷涌的关键。通过渣土改良降低土仓内水含量，渣土在膨润土浆液和高分子聚合物的吸附和隔离作用下变得粘稠不易离析沉淀，不会砂水分离，螺旋机排土时便会均匀流畅。

2)合理设置土压力值。掘进过程中，根据螺旋机实际压力、刀盘扭矩和千斤顶总推力及时调整设定土压力，使土仓压力略高于水压，确保正面的土压保持平衡，严格控制出土数量，防止超挖和欠挖。

3)合理调整掘进参数。通过对推力及出渣速度的控制，尽量维持土仓压力的稳定，降低喷涌风险。

4)出渣门开度、螺旋机转速适中，不宜过大，在喷涌来临时，受出渣门流量影响，泥浆会在出渣口处积累而不会瞬间全喷，延长操作人员的反应时间，以便采取措施降低喷涌风险。

5)根据盾构机推进的地质预报及渣样分析，了解前方地层情况，及时制定应对方案，添加调整渣土改良材料，以改良渣土，增加水密性和流动性，防止产生喷涌。 土压平衡盾构下穿南湖过程中，地质情况复杂较差，施工风险较高。盾构穿越前，先进行浅埋段沙袋围堰，其次对围堰范围内土体进行注浆加固及抛填片石反压；根据地层、盾构隧道埋深等各类条件的变化和地层位移监测的规律，及时调整盾构掘进参数及注浆参数；对施工过程中的重难点采取针对性措施，保证了盾构安全通过。本文的研究探讨只是初步的，掘进参数与地层条件间的关系有待继续完善；渣土的

塑流化改良技术水平有待提高，确定适宜的渣土塑流性值，才能保证开挖面稳定，实现快速掘进。