盾构机穿越2.4米合流污水施工技术.doc

<p>盾构机穿越2.4米合流污水施工技术
王文轩
（中交隧道局盾构工程公司，北京 100088）
摘要：顾戴路2.4米合流污水为上海南片总输水管，该管道极为重要，施工中不容有失。本文介绍了盾构机穿越该管道时采取的施工技术措施及监控量测方法。
关键字：试验段、同步注浆、管片选型、推进速度、盾构机姿态、监测
1.情况简介
1.1合流污水管概况
上海轨道交通12号线虹莘路站~七莘路站区间隧道工程，在穿越S20外环线路段前，将穿越沿外环线敷设的苏州河六支流截污工程Φ2400南片总输水管。盾构施工过程中，在上行线SK1+986.000、下行线XK1+975.000处穿越顾戴路S20合流污水管道。顾戴路S20合流污水管道位于S20公路东侧，横穿顾戴路，管径为2400mm。
1.2地质情况
根据设计资料及地质勘查资料，穿越顾戴路S20合流污水管道处，盾构主要穿越土层为第④1层灰色淤泥质粘土、及第⑤1a层灰色粘土、⑤1b层灰色粉质粘土。第④1层、第⑤1a层、第⑤1b层土均均属高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土，具有较高的灵敏度和触变特性，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度骤然降低，变形量增加，因此在盾构掘进过程中应适当控制速率，避免对土体产生过大扰动，减少施工后期沉降。
2.施工技术措施
2.1建立试验段
为了能顺利的穿越顾戴路S20合流污水管道，拟在穿越前30环建立试验段。
2.1.1 试推进阶段的参数确定
试验段的掘进是从理论和经验上选取各项施工参数，在施工过程中根据监测数据及反馈的各种信息，对施工参数及时加以调整。
盾构机在试验段头20环的推进过程中，推进速度控制在2cm以内，匀速前行。同时对密封仓土压力、刀盘转速及压力，推进速度，千斤顶推力，注浆压力及注浆量等，分别采用几组不同施工参数进行试掘进。通过地表沉降的测量和数据反馈，确定一组适用的施工参数。然后通过施工监测，根据地层条件、地表管线、房屋情况，对施工参数作慎密细微的调整，以取得最佳施工参数。
在盾构推进过程中，每环推出盾尾后即进行高程测量并记录，通过每环多次测量积累管片高程数据。当该管片高程不再变化时停止测量，对多组数据综合处理后得出管片上浮或下沉量，在以后的推进过程中可对管片姿态进行调整，提前考虑盾构轴线的上浮或下沉量，保证管片最终姿态符合规范要求。
完成上述的工作要点后，试验段后10环推进速度控制在1cm以内，相应的微调各项施工参数。通过此阶段的试掘进，对隧道的轴线控制，衬砌安装质量，地表及管线的沉降控制均有了各项具体的保证措施，施工参数已进一步被掌握，已能根据地下隧道上覆土厚度、地质条件、地面附加荷载等变化情况，适时地调整盾构掘进参数，为穿越合流污水管道的质量管理奠定了良好的基础。
2.1.2 试掘进阶段的施工监测
盾构在试验掘进阶段，要充分重视地表、地下管线、地面建筑物的施工监测，以便对施工中可能产生的各种地表隆沉、变形，及时采取相应的措施及保护手段。试推进阶段是全过程的前奏，所以施工监测显得更为重要。
对地表变形监测，拟采用沿轴线方向布设沉降监测点，包括深层沉降点，并加设横断面监测点；对地下管线，布设直接观察点；对轴线两侧盾构机影响区域范围的建筑物在调查研究的基础上，按要求布设沉降监测点，并布设相应的倾斜、裂缝监测点。上述测点的监测，每天不少于4次，并根据需要，适时加密监测频度。由于上述各类变形往往不是即时出现的，也就是说待到变形时，盾构已越过原本造成变形的地下对应作业区，故而需及时地进行分类监测，掌握盾构机掘进作业与地下土层变形、地表变形和地下管线、建筑物沉降等的内在规律，及时反馈信息数据，指导盾构掘进作业。监测工作应在盾构作业即将进入影响区开始，直至盾构作业脱离影响区，且地表滞后变形渐趋稳定的整个期间内跟踪测量与量测。
2.2控制穿越段施工
2.2.1 施工参数控制
本工程采用土压平衡式盾构掘进机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定，同时要求推进坡度保持相对的平稳，控制每次纠偏的量，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。同时根据试验段推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。
（1）平衡压力值的设定原则
正面平衡压力：P=k0gh
&nbsp; &nbsp; P： 平衡压力（包括地下水）
&nbsp; &nbsp; g：土体的平均重度（KN/m3）
&nbsp; &nbsp; h：隧道埋深（m）
k0：土的侧向静止平衡压力系数
盾构在掘进施工中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行不断的调整。k0值也要根据现场实际情况来确定。
（2）推进出土量控制
每环理论出土量＝p/4×D2×L＝p/4×6.342×1.2＝37.88m3/环。
盾构推进出土量控制在98％～100％之间。即37.13m3/环～37.88m3/环。并根据试验段数据最终确定。
（3）推进速度
推进速度宜控制在1cm/min以内。并根据监测数据适当放慢。
（4）盾构轴线及地面沉降量控制：
盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于±50mm；地面沉降量控制在＋10mm～－20mm。管线沉降量控制在＋10mm～－10mm。
2.2.2 盾构姿态控制
在试验段结束前，调整好盾构推进姿态。在控制穿越段时严格控制好盾构机的姿态，并根据设计图、盾尾间隙、盾构姿态、推进油缸行程等参数进行合理的管片选型及拼装，避免盾构与管片干涉造成铰接密封或盾尾密封失效而发生泄漏。
此段平曲线为直线，管片均为直线环管片。同时在穿越段的这10环，采用增设注浆孔管片，以便二次补浆。
2.2.3 同步注浆
加强注浆回填控制。严格对同步注浆量、注浆压力和注浆质量的控制，及时通过同步注浆对盾尾建筑空隙进行回填。
（1）地表横向断面沉降槽宽度的预测由PECK法地面沉降量的横向分布估算公式计算最大沉降量：Smax＝V1/2π，I＝V1/2.5i，V1－－盾构隧道单位长度地层损失量（m3/m）。拟施工中控制地层损失率小于0.5%。
（2）注浆量和注浆压力的选定盾构推进的理论建筑孔隙GP计算公式为：GP＝π×（R2－r2）×L＋g＝2.01m3。R：盾构外半径r：管片外半径L：环宽，取为1.2m，g：盾壳外4根注冻管肋总体积。按照以往工程实践，采用理论值的100％～150％进行注浆，即控制在2.0～3.0m³之间，注浆压力为0.5Mpa。根据盾构处于粘性土，实际注浆量控制在2.7-3.0m³之间，同时根据试验段数据及地表监测情况来确定。
2.2.4 二次注浆
管片脱出盾尾后，如果地表沉降单次大于1.5mm，我部将采用二次注浆，即通过管片预留注浆孔进行二次注浆。
二次注浆采用双液浆即水玻璃浆液。配合比为水玻璃：水=1：1；水灰比为0.8，然后两种浆液按1：1比例注浆。二次注浆的注浆压力为0.2Mp～0.3Mpa，最大不能超过0.3Mpa；使浆液能沿管片外壁较均匀的渗流，而不致劈裂土体，形成团状加固区，影响注浆效果。
壁后补压浆的压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定。
2.2.5其他
加强设备的维修保养工作，每日定时对设备进行检查工作，避免机械故障带来的不必要误工。
同时做好对管线进行补救处理的技术与设备准备。当监测发现地表变形出现异常时，立即对管线实施基底跟踪注浆等保护措施，确保合流污水管的安全。
2.3穿越段施工完成后
穿越完毕后，监测必须跟踪监测，监测频率定为1天6测，如变形有扩大的趋势，立即采取二次补浆等措施。待沉降观测稳定后，才可根据规范逐渐降低监测频率。
3.管线沉降预测
针对该段情况，盾构距离合流污水管底约为8.428米，地层损失率取0.5%。利用PECK定律计算得：管线底部土层最大沉陷值S=9.2mm（以上地层损失的取值及地面沉降量是盾构推进前的估算值）。
4.监控量测措施
4.1监测点布置
根据物探确定管线埋深；然后根据图纸及管线平面坐标数据，首先定位管线平面位置。在已确定的管线位置处，利用小型钻机钻孔至管线顶标高处，在孔中下放塑料套管，在套管内放置等深螺纹钢，并填置黄砂。由此保证测点与管线协调变形。
由于本管线位于顾戴路上，而路面车流量很大，钻机放置位置有限，为能正确反应管道变形，根据实地条件布设8个测点，编号为HLWS1~HLWS8。
4.2监测项目
盾构穿越合流污水管监测项日主要有地表、合流污水管、隧道管片降沉及管片结构净空水平变位监测。
4.3监测频率
盾构施工的监测范围一般为盾构头前20米，盾构尾30米。监测频率必须随管线实际变形情况进行调整，具体监测频率及时间安排初步计划如下：
（1）盾构推进前测量两次，以取得初始值；
（2）盾构穿越前及穿越后，如未出现变形超越报警值的情况下，监测频率为6次/天；
（3）穿越过程中，须跟踪监测，为1次/2小时（频率高于每施工一环监测一次），根据实际情况作适当调整。
4.4监测资料的处理和信息反馈
对监测结果进行同归分析。预测最终位移值，预测结构物的安全性.确定工程技术措施。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率(mm/d)等综合判断结构和管线的安全状况及时反。由工程部技术小组调整盾构掘进参数，下达技术交底至洞内， 达到安全、快速、高效施工之日的。
5.结束语
在盾构穿越合流污水管时，以施工技术方案为指导，精心组织。盾构机安全顺利地通过了该段地区。穿越合流污水管时所有监测项日均在控制范围内。
参考文献
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命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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