盾构超近距离穿越大型雨水箱涵沉降控制技术研究

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摘要：本文以武汉地铁盾构45cm距离穿越大型砖砌体箱涵为研究对象，移植矿山法支护原理，通过盾构掘进控制及逐段注浆加固技术的应用，实现了盾构的顺利穿越。

关键字：盾构 穿越 雨水箱涵 沉降

中图分类号： TV142 文献标识码： A 文章编号：

1.情况简介

武汉市轨道交通二号线常青花园站-金色雅园站区间隧道采用盾构法施工，管片外径6000mm，内径5400mm，厚度300m，宽度1500mm。盾构推进753环时，需近距离穿越雨水箱涵，该箱涵为单孔砖混结构，外径尺寸为3.3m×5.4m，采用现浇50cm厚混凝土底板、24cm厚砖墙砌体侧墙、30cm钢筋混凝土压顶板的组合形式，底板下卧土层为原装粘土层，箱涵底部距隧道净空仅45cm。该箱涵是常青花园社区排水总管，砖混结构，如出现损坏断裂，将直接影响常青花园片区的雨污水正常排放，造成不良社会影响，同时也对隧道和盾构设备造成不可挽回的损失。

2.施工方案与参数设计

2.1穿越区域划分

本次盾构穿越区域依次划分为保护区1、箱涵区、保护区2，共3个区域。

图1盾构穿越区域划分图

2.2 逐环注浆技术

因盾构与箱涵距离过近，盾壳通过后剩余土拱不足以自立，在同步浆液凝固前土体可能已经脱落，继而引起箱涵局部沉降造成断裂。为保证对箱涵底部形成有效支撑和顶托，在盾尾处进行双液注浆。在穿越过程中通过盾壳与双液浆形成支撑转换，起到阻止箱涵沉降的作用。

施工中，降低盾构推进速度（1-2cm/min），单环推进完成后即进行盾尾双液注浆，待浆液凝固后再向前推进，使浆液在每一环推进后对箱涵形成有效支撑。自保护区I至保护区II全段注浆，箱涵下部采用下图步骤实施。

图2 壁后注浆步骤示意图

2.2盾构掘进施工参数的设定

2.2.1土压力设定

根据土体静压力公式P=K0·γ·h，计算出侧向压力系数K0，其中γ＝18kN/m3。然后根据穿越区域盾构覆土深度和箱涵自重计算此区域内的设定土压力，箱涵下部穿越时初始设定土压力为0.11Mpa，后根据监测情况进行微调。

2.2.2同步注浆

根据计算理论值、及前期推进沉降控制效果经验值，穿越阶段同步注浆量暂定为5.2～6.5m3，注浆压力控制在0.06～0.12MPa。穿越过程中，以箱涵监测报表为依据，对注浆量进行适当调整。

穿越阶段，采用盾构机本体同步注浆，上下注浆量比例为7：3。注浆过程中，根据推进速度，计算压浆流量，保证浆液均匀压注；严格按照配比进行浆液拌制，确保浆液质量。

2.2.3盾构姿态控制

在盾构进入箱涵影响范围内之前，盾构姿态需尽可能地保持良好的姿态穿越箱涵。在穿越箱涵过程中，保证盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。穿越过程中，不得开启超挖刀。

2.2.4推进速度

在穿越施工过程中，盾构按照1～1.5cm/min速度掘进。每推进25cm左右，停顿15分钟，进行应力释放，然后再继续推进。尽量保持推进速度稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越箱涵，以减少对周边土体的扰动，以免对箱涵产生不利影响。

其中在穿越中，推进单位以整环宽度1.5m控制，在盾构推进至754环后停止推进，对脱出盾尾的管片进行壁后注双液浆，停止2小时后继续推进755环，重新进行二次注浆，再停顿2小时后向前正常推进。

2.2.5穿越后期二次补压浆

盾构穿越后在758环～772环之间进行重点二次注浆，对单环注浆孔自下而上补浆，每根注浆管原则上一次注入0.2～0.5 m3双液浆。（根据箱涵沉降量决定）注浆压力：0.06～0.12MPa。

2.3箱涵沉降监测

2.3.1测点布置

为控制箱涵变形在允许范围内，共布置两种沉降测点对盾构穿越引起土体和箱涵变形情况进行监测。

利用钢套管内插钢筋在箱涵上部布置直接监测点，反映箱涵接缝处的相对变形量；在盾构对箱涵影响范围内设置监测点左右线各三组,为对应隧道中心箱涵监测点，用以监测盾构穿越影响范围内的地表变形量。

2.3.2监测频率

具体监测频率主要是考虑到盾构推进对箱涵的影响，划分不同的监测区段：在保护区内推进过程中，要求监测单位24小时全天候跟踪监测，根据不同施工工况要求来确定具体测量时刻，其中保护区设定6小时一次，箱涵区4小时一次。根据监测报表数据调整洞内注浆参数。

3.应用效果

3.1穿越实施

本工程常金区间左线于2009年12月3日、4日，右线于2010年4月15日、16、17日分别两次穿越雨水箱涵，左线最终沉降-5.7mm，右线箱涵最终沉降-4.4mm。基本实现预设目标。

3.2监测数据分析

3.2.1 实测箱涵变形数据

选取箱涵中心直接点的监测数据进行整理，如左线穿越期间沉降数据如下图，箱涵沉降最大值4.85mm。

3.2.2 沉降数据分析

在分析了沉降数据后发现，沉降槽与常规推进沉降槽有所区别，即在隧道中线范围较两侧呈隆起趋势，主要原因为盾尾双液注浆压力作用下将箱涵向上抬，形成此种形态。

沉降历时曲线分析后发现，在管片刚脱出盾尾后未注浆前，沉降趋势明显，注浆后沉降得以控制并部分产生隆起趋势，总体分析可知，注浆的及时性和达到强度时间是控制箱涵沉降的关键因素。

4.结论

本次穿越在覆土4.5m的情况下，成功将距离仅45cm的大型雨水箱涵沉降控制在5mm以内。实践表明，在浅覆土区域内盾构法隧道的施工中，用以防止地面沉降过大的注浆措施是至关重要的。同步注浆浆液材料配合比的选定要因工程而异,注浆量在浅覆土区域内不宜过大，在理论孔隙值的120~150％之间即可，否则隧道管片容易产生上飘，这一点与以往实践所采用的理论孔隙值的150～200％所不同。

在盾构法隧道施工中，可以突破性的选择类似工法原理进行借鉴，以本工程为例，采用盾尾管片注浆加固的方式防止近距离管线沉降，从工期、成本、安全性上皆有较大优势，可作为类似工程借鉴经验。