盾构隧道塑料排水板的处理方法

胡天宝

（上海隧道工程有限公司，上海 200082）

填海造陆是沿海城市缓解土地资源紧张的常见办法，在由此产生的软土地基上新建工程之前，往往会使用塑料排水板真空预压法加固地基[1]。塑料排水板韧性好、耐腐蚀、不易降解，在地下可以使用几十年，但在加固地基的同时，却给后续地下盾构施工带来了阻碍[2]。

盾构机在地下遇到排水板时，排水板会缠绕在刀盘刀具上，遮挡刀盘进土口，降低掘进效率；进入土仓的排水板在土仓中会缠绕成团，堆积成拱状堵塞螺旋输送机进土口[3]；施工区域也会因为排水板受到盾构推进扰动而增大地面沉降[4]。为了保证盾构施工的效率和安全，有必要对施工区域内的塑料排水板进行适当处理。现以马骝洲交通隧道新建工程为例，探讨处理塑料排水板的对策。

1 工程概况

该工程位于珠海市南湾城区和横琴新区，隧道断面165.1m2，全长约2.8km，圆隧道外径14.5m，内径13.3m，采用7块标准块、2块邻接块和1块封顶块拼接而成的10块衬砌管片，管片环宽2.0m、厚0.6m。圆隧道最低点底标高约-33.8m，极限冲刷线到隧道最小覆土厚度为6.51m，采用一台Φ14.93m泥水气压平衡盾构机推进。

地基土均为第四纪松散沉积物及中生代燕山期风化花岗岩，主要由人工填土层、海陆交互相、海相沉积的淤泥、淤泥质土、黏土、中粗砂层、花岗岩残积土和下伏的全风化、强风化、中风化花岗岩构成。排水板位于南岸大堤处和始发段前420m，基本贯穿人工填土层与淤泥土层。地表潜水位在-0.72～3.21m，浅层开挖施工坑内做有组织排水。

横琴岛一带软土地基处理常选用塑料排水板真空预压方式，导致隧址区多处存在塑料排水板。盾构全断面在隧道南岸岸上段沿推进方向长度切削排水板约396m，隧道南岸大堤处的排水板侵入隧道断面内约12m，沿推进方向长度约18m；南岸大堤处和始发段前420m的排水板基本贯穿人工填土层与淤泥土层。

针对南岸岸上段和南岸大堤两处排水板的情况，分别采取不同的处理措施。南岸岸上段首先进行排水板的拔出切割试验，然后结合抛石开挖、清理开展大面积的排水板预处理工作，最后进行盾构机掘进隧道正常施工，施工流程如图1所示。南岸大堤段由于排水板埋置深度较南岸段浅并且考虑到对南岸大堤的保护，由设计单位进行变更，调整线路，绕过排水板。

图1 排水板预处理施工流程图

2 塑料排水板提前处理措施

2.1 排水板试拔试验

南岸岸上段排水板普遍存在于地面7m以下，考虑用螺旋钻对排水板进行试拔。先将地面开挖至6m深，暴露部分排水板。排水板暴露部分长约1m；再将螺旋钻机固定在排水板附近，钻杆与排水板间距10cm左右。将排水板暴露部分缠绕固定在钻杆上，然后钻杆竖直下钻，钻速与钻杆下降速度匹配，钻杆钻至排水板底标高后，缓慢提升，边提升边注浆，观察排水板试拔情况，制订施工方案，施工流程及设备如图2所示。

图2 试拔排水板施工工艺流程及设备

2.2 排水板拔除施工方案

在排水板拔除、切割前，首先对地下抛石进行清理。抛石采用放坡开挖方式清理，清障基坑为细长基坑，深度为11m。采用放坡开挖形式，放坡比例1∶1.5，分2层开挖，分层处设1.5m宽平台，基坑最宽处约69m；第一层开挖深度为6m，第二层开挖深度约在5m。

开挖清障原则为“分段开挖、分层开挖、流水作业”。将清障开挖基坑分为7个区段，每个区段60m；由南向北，依次分层开挖清障。开挖前需对原有道路、电力隧道及管线进行清除。

第一层挖深6m，两侧按1∶1.5放坡，基坑掘进一侧按1∶1.7放坡。待第一层挖出30m的工作面后进行基坑第二层的开挖，基坑两侧各留出1.5m宽的平台，第二层开挖深度5m，按1∶1.7放坡。在基坑东侧南北方向预留10m宽的施工便道，以便螺旋钻、挖掘机等施工机械进入基坑。便道按1∶5放坡。

此后的开挖工作采用流水作业，第一层、第二层同时施工。待螺旋钻在第二层完成排水板的处理之后，进行回填并压实。开挖前需对原有道路、电力隧道及管线进行清除，地面道路在开挖前破除，地下管线在开挖至其标高再进行破除。土方开挖沿南北纵向放坡，基坑开挖至大堤处截止，余下未开挖清障区与大堤清障一并处理。坑底的螺旋钻等机械设备从填土一侧返回地面。

开挖清障完成后进行土方回填，回填土分层进行，分层压实。对于坑底至盾构切削断面上4m范围内采用机拌水泥土加固，水泥掺量10%，土体采用周边吹填区细沙；对于上部填土采用场拌水泥土加固，水泥掺量8%，土体采用基坑开挖土方。底坑土方回填时东边预留出一条宽10m的施工便道，按1∶5放坡，以便坑底的螺旋钻等机械设备在完工后返回地面。

3 盾构推进过程中对排水板的处理措施

3.1 盾构切削试验

使用Φ1860mm模拟盾构机切削排水板，在实验室试验田内挖掘试验坑段。采用不同的刀具及刀盘布置形式对排水板进行切削，观察排水板破坏形式，记录盾构机的出土排渣状况，以确定最佳的刀具布置方案。

试验基坑大小为7m×8m，深9m。基坑内布置2个盾构机安装位，地面配置加压系统、控制系统、监测系统、泥水循环系统；泥水循环系统所需泥水池容量为50m3。设备所需用电量总容量约100kW，动力电源：交流380V，三相50Hz；控制电源：交流220V，单相50Hz。

为了模拟14.5m盾构刀盘中心部分和刀盘中心及外圈的切削状态，将试验盾构的转速关系设置为中心部分0.45r/min，中环部分1.80r/min，外环部分3.63r/min。考虑不同施工情况下，刀盘对排水板的切削能力不同，设定两种推进速度，分别为1～3mm/min和4～6mm/min。

试验工况初步分为3种：采用普通羊角切削刀进行切削试验、采用海瑞克提供的切削刀进行切削试验、采用普通羊角切削刀与海瑞克贝壳切削刀高低组合间隔布置方式进行切削试验。

试验对推进过程中盾构机的推力、盾构机推进速度、刀盘转速和扭矩、切削后排水板断裂情况和土体表面沉降及隆起情况进行监控，并对推进过程中盾构机的推力、推进速度、泥水流量、刀盘转速及扭矩实时监测，在盾构机刀盘遇到排水板时注意观察其变化。

最终发现采用普通羊角切削刀与海瑞克贝壳切削刀高低组合间隔布置方式，能有效降低刀盘对排水板的拉拽力，避免刀具拉拽塑料排水板产生孔洞造成地面过大沉降。

3.2 过程监测

排水板拔除之后，使用盾构机进行隧道挖掘，在盾构机掘进至排水板存在区域时应做好以下监测工作。

（1）地表沉降及隆起观测：采用精密水准仪、钢尺等仪器进行观测，每10m设一测点，每天观测1～2次。如果遇到地表沉降及隆起过大，应调整盾构机注浆压力。

（2）冒浆监测：由于回填土区域存在通向地表的软弱面，注浆时浆液极易沿该面冒浆，应做好监测工作，发现冒浆应及时减慢推进速度或停止推进，并采取补加固措施。

4 结束语

为了处理土体中掩埋的排水板，珠海市马骝洲交通隧道新建工程在盾构作业前，先进行排水板拔出切割试验，再制订开挖基坑清障、螺旋钻机拔出排水板的具体施工方案。同时，在实验室进行了盾构切削试验，确定了刀盘组合布置方式后，再使用盾构机地下掘进，取得了良好的效果。排水板基本都被预处理拔出，盾构推进顺利。这些处理塑料排水板的方法可以为其他类似工程提供参考。