盾构四次近距离下穿北引干渠掘进参数控制方法

冼嘉和，李悦民

（中交第四航务工程局有限公司，广东 广州 510290）

1 工程概况

厦门轨道交通2号线东孚站～马銮北站—出入场线区间，区间隧道四线下穿北引干渠。东孚站～马銮北站区间隧道顶部与北引干渠底部的最小净距为4.45m，与北引干渠相交段隧道埋深9.77～10.21m；出入线区间隧道顶部与北引干渠底部的最小净距为1.87m，与北引干渠相交段隧道埋深7.12～7.23m。区间隧道下穿北引干渠相交长度约13m.北引干渠采用2 孔明挖矩形框架结构，单孔净空尺寸为3.6×3.8m，结构全宽8.25m，全高4.5m，结构厚度为0.35m，采用C20 钢筋混凝土结构，结构底为10cm 厚的C10 混凝土找平层+30cm 厚的砂石垫层，引水干渠内设计水深3.22m，每15m 设置一处伸缩缝，伸缩缝宽2cm，设中埋式止水带。

2 地质水文情况

（1）地质情况。北引干渠位于的地层主要有<1-1>杂填土、<8-1-2>粉质黏土、<8-4>中砂、<11-3-3>凝灰熔岩残积黏性土。东孚站～马銮北站—出入场线区间，穿越北引干渠位于的地层<11-3-3>凝灰熔岩残积黏性土、<12-1>全风化凝灰熔岩。

（2）水文情况。区间下穿北引干渠周边水位标高为1.58m，地下水主要为第四系松散岩类孔隙含水岩组，该含水层中地下水属上层滞水或潜水，渗透性中等～较好，富水性一般～中等；砂层、卵石层场地广泛分布，含水层厚度3～7m，地下水类型主要为承压水，局部地段覆盖层缺失转为潜水，是场区内主要含水层和强透水层，水量丰富。

3 施工难点及沉降控制要求

（1）区间隧道顶部与北引干渠底部的最小净距为1.87m，控制箱涵的稳定难度大。（2）在穿越段，没有对北引干渠进行加固的条件，只能依靠调整盾构参数及加强施工技术来控制沉降。（3）盾构机4 次近距离下穿北引干渠，多次对地层扰动土体的应力叠加容易造成干渠的破坏，施工参数控制及干渠保护要求高。（4）沉降控制要求高。根据设计图纸盾构下穿北引干渠，干渠的隆沉、位移和差异沉降需满足以下要求：累计沉降≤20mm，变化速率≤2mm/d，差异沉降≤0.25%Lg，Lg 为管节长度15m/节。

4 建模计算分析

（1）计算模型及参数。采用FLAC-3D 有限元软件进行数值模拟分析，土体选用摩尔—库仑弹—塑性本构模型模拟，隧道结构、北引干渠选用弹性本构模型模拟。

（2）计算结果。计算模拟的施工顺序：先东马区间左、右线通过，然后施工出入场线区间左、右线。东马区间左线通过后计算结果为：引起地表最大沉降为8mm，北引干渠的最大沉降为3.1mm。东马区间右线通过后计算结果为：引起地表最大沉降为8mm，北引干渠的最大沉降为2.8mm。出入场线左线通过后计算结果为：引起地表最大沉降为10mm，北引干渠的最大沉降为5.1mm。出入场线右线通过后计算结果为：引起地表最大沉降为14.6mm，北引干渠的最大沉降为7.3mm。通过计算分析可知，盾构隧道施工完成后，地表累计的最大沉降为14.6mm，北引干渠累计的最大沉降为7.3mm，满足设计要求。

5 掘进参数确定与过程控制

5.1 掘进参数确定

（1）设立试验段。在距离北引干渠30m 处设立试验段，在试验段区域内施工过程及时采集刀盘进入影响区前、刀盘经过时、盾体经过时、管片脱出盾尾时、后期沉降5 个阶段沉降的数据。根据沉降情况对盾构施工进行动态指导，及时调整施工参数控制地表沉降。根据隧道埋深、地质资料确定试验段盾构掘进的相关参数，见表1。

表1 试验段盾构掘进的相关参数

（2）确定盾构下穿掘进参数。通过试验段在各阶段的监测数据分析总结，试验段的地表沉降最大值-9mm，盾构掘进参数对比方案中设定值有偏差。因此，以试验段总结的数据，确定各盾构下穿北引干渠掘进的参数，见表2。

表2 盾构下穿北引干渠掘进的参数

5.2 监测点位布置

监测点布置以真实反应北引干渠的变形情况，通过数据处理信息反馈，为盾构掘进施工提供优化参数的依据，做到信息化施工。下穿主要影响区内每10～15m 布设一监测点，次要影响区域内每15～30m 布设一监测点。沉降监测点直接在北引干渠上布置测点。

5.3 盾构下穿掘进过程中控制

（1）保持土压掘进。保持推进速度基本不变，调节螺旋机的转速或出渣门的开度，达到控制出土量及保持土仓压力值。

（2）连续快速通过下穿段。合理推进速度保证同步注浆的填充效果，提高推进速度减小刀盘对地层的扰动。

（3）渣土改良。穿越北引干渠位于的地层<11-3-3>凝灰熔岩残积黏性土、<12-1>全风化凝灰熔岩，为确保盾构正常出土，使用优质的泡沫剂改善开挖面土体的和易性，使其排土流畅，减小刀盘扭矩，同时可在开挖面形成止水帷幕，更有利于土仓压力控制，减小切口前方地面沉降。

（4）加强注浆控制沉降。根据试验段数据及理论计算控制同步注浆量，以压力、方量双重控制，以压力控制为主，保证同步注浆足量注入。

（5）提高停机保压值。盾构下穿时采用土压平衡模式掘进，土仓压力结合试验段取得的数据确定。每环掘进完成后，停机保压时适当提高0.1～0.15bar，保证土压力与开挖面的稳定。

（6）出土量控制。出土量采用量测渣土体积的方法来控制，根据试验段得到渣土的松散系数及不同地段的密度，准确统计渣土改良注入方量，确定每环的出土量，在渣土箱上做好刻度计量每环实际的出土量，若出现出土量异常，要及时分析查找原因，同时加强地表监测。

（7）监控量测。盾构下穿施工期间，监测人员对地表土体隆陷及干渠变形情况进行监测，并做好监测记录，及时绘制位移～时间和位移速率～时间曲线，对数据进行回归分析，推算最终位移值，确定曲线变化规律，以数据指导现场施工，做到信息化施工。

5.4 盾构下穿通过后沉降控制

盾构下穿北引干渠通过后，根据地表监测数据发现下穿北引干渠段仍然有较小沉降。由于隧道顶距渠底距离小，为避免因二次注浆压力过大对干渠造成隆起超限或破坏，现场利用管片增设的注浆孔采取少量多次，分散低压的注浆原则，对下穿北引干渠沉降段进行补注双液浆，以填充同步注浆浆液收缩的间隙，同时加快浆液的固结速度，压力控制在2.5～3.0bar，有效控制了下穿北引干渠段后期的沉降。盾构四次下穿北引干渠后，地层变形趋于稳定，北引干渠累计变化量最大为5.9mm，未超出控制值，没有出现任何渗漏水现象，北引干渠结构稳定安全。

6 结语

综上所述，厦门轨道交通2 号线东孚站～马銮北站—出入场线区间盾构四次近距离安全顺利下穿北引干渠，通过监控量测准确掌握北引干渠在盾构下穿施工中的变形状况，通过同步注浆、二次补浆等辅助变形控制措施将变形控制在安全范围内，为不断地类似下穿施工提供了经验。