大直径泥水盾构机穿越长江大堤施工关键参数选取研究

(1.上海市合流工程监理有限公司 上海 浦东 200120) (2.上海闵行城市建设投资开发有限公司 上海 闵行 201100) (3.武汉市市政建设集团有限公司 湖北 武汉 430000)

一、工程概况

某越长江盾构隧道位于G15沈海高速苏通长江大桥上游西侧600m～1200m处，隧道(综合隧道)自南岸(苏州)始发工作井向北，下穿南岸长江大堤，进入长江河道，而后下穿长江北岸大堤，抵达北岸(南通)接收工作井，隧道(综合隧道)总长度约5468m。盾构刀盘直径12.07m，隧道内直径10.5m，盾构隧道始发井距离大堤263米左右。

二、地层介绍

大堤底部与隧道顶板之间厚度约16m-18m，其间地层为③1淤泥质粉质黏土、③2粉砂、③3淤泥质粉质黏土、③4粉质黏土与粉土互层、③5淤泥质粉质黏土，隧道顶板位于③5淤泥质粉质黏土层，隧道底板位于④2粉土层。

三、穿越大堤难点、重点分析

1.穿越大堤时期处于夏季，长江水位较高，控制大堤隆起或者沉降，保证大堤安全是盾构施工的重点。2.该地段处于5%下坡，盾构机切口压力变化较大，施工参数选取也是难点。

四、盾构施工相关参数选取

(一)泥浆指标选取

1.比重。由于盾构机在砂性土层中穿越长江大堤段，所以选取1.25g/cm3；2.黏度。更好地谋求盾构开挖面的稳定，选取控制在22～24s的范围；3.含砂量。去除泥浆中20μm以上的砂颗粒，并且20μm以下的砂粒也控制在10%以下的范围内；4.析水量。泥浆的析水量需小于5%，保证泥浆的悬浮性；5.pH值。泥浆pH值需呈碱性。

(二)扭矩选择

刀盘扭矩的估算

T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8

式中：

●刀盘切削扭矩T1；

●刀盘自重形成的轴承扭矩T2；

●刀盘轴向荷载形成的轴承扭矩T3；

●密封装置摩擦力矩T4；

●刀盘前表面摩擦扭矩T5；

●刀盘圆周面的摩擦反力矩T6；

●刀盘背面摩擦力矩T7；

●刀盘开口槽的剪切力矩T8

经计算 扭矩设定在46000～52000KN之间

(三)推力选择

推力的估算

F=F1+F2+F3+FS+FNL

式中：

●盾壳和土层的摩擦力F1；

●土压的正面阻力F2；

●水压的正面阻力F3；

●盾尾密封与管片之间的摩擦力Fs；

●拖拉后配套的力FNL(经验值)

经计算 推力设定在2.1～2.5MN/m之间

(四)推进速度选择

盾构掘进速度控制在1～2.0cm/min，尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越大堤，以减少对周边土体的扰动影响，以免对其结构产生不利影响

(五)同步注浆配比

在穿越大堤时通过增加水泥的用量来保证同步注浆浆液更快的硬化，并且强度更强。

砂浆配合比

(六)盾构机切口压力选择

切口压力根据以下水土分算公式算得:

切口水压上限值：

P上=P1+P2+P3

P上：切口水压上限值(kPa)；

P1：地下水压力(kPa)；

P2：静止土压力(kPa)；

P3：变动土压力，一般取20kPa；

切口水压下限值：

P下=P1+P2+P3

P下：切口水压下限值(kPa)；

P2：主动土压力(kPa)；

P1，P3——分别指地下水压力、变动土压力(kPa)；

切口压力设定在上、下限值之间

经计算切口压力设定在3.11～3.15bar之间(取上下水压平均值)

(七)同步注浆量与压力

盾构机开挖与管片外径形成的空隙为17.47m3/环，当盾构机穿越长江大堤时，按照150%～200%加大注浆量控制，即26.21m3/环～34.95m3/环,注浆压力按照略大于切口压力计算0.5bar。

五、监测系统布置及沉降控制效果

(一)大堤监测点布置

在盾构穿大堤范围内的两侧50m范围内布置33个监测点。共4排，每排位置分别距大堤外侧坡脚10m、大堤内外侧坡脚、距大堤内侧坡脚25m，监测点在盾构掘进穿越大堤方向进行加密布置，共布置16个沉降观测点。

(二)大堤沉降控制效果

监测点经测量，沉降最大-6mm,隆起3mm各监测点数据变化量满足-30～+10mm的地面沉降控制要求。

六、结语

在本工程盾构机穿越长江南岸大堤时，对切口压力、同步注浆量与压力等施工参数进行了选取并应用于施工，盾构机顺利通过长江大堤，地面沉降控制效果满足要求，保证了长江大堤安全。本文可为类似穿越重要构建筑物的大直径盾构工程施工提供可靠借鉴。

【参考文献】

[1]GB50446-2017盾构法隧道施工与验收规范[S]

[2]王寿强，陈志宁，等.泥水盾构机施工管理手册[M].江苏教育出版社，2013