含大漂石富水砂卵石地层盾构下穿河流及桥涵施工技术

含大漂石富水砂卵石地层盾构下穿河流及桥涵施工技术
发布时间：2021-12-29T07:02:48.454Z 来源：《城镇建设》2021年8月第22期作者：任继鹏[导读] 盾构施工已广泛应用于城市地铁的修建中，但是在含大漂石富水卵石层中下穿河流、桥梁尚属少例，砂卵石层中的孔隙潜水，水量大，透水性强，
任继鹏
中铁二十局集团市政工程有限公司兰州 730000［摘要］盾构施工已广泛应用于城市地铁的修建中，但是在含大漂石富水卵石层中下穿河流、桥梁尚属少例，砂卵石层中的孔隙潜水，水量大，透水性强，卵石层中局部含大漂石，给盾构施工带来困难和风险。

本文以成都地铁6号线穿越红光河及红光桥施工为例，阐述了含大漂石富水卵石层地层盾构下穿河流、桥梁的技术控制措施，为今后类似工程积累可资借鉴的工程经验。

［关键词］盾构；含大漂石富水砂卵石地层；下穿河流及桥梁；施工技术 Construction technology of shield tunneling under river bridge and culvert in water rich sandy cobble stratum with large boulder Ren Jipeng
(China Railway 20 Bureau Group Municipal Engineering Co., Ltd., Lanzhou 730000) Abstract: shield construction has been widely used in the construction of urban subway, but there are few cases in which large boulder and water rich cobble layer undercrosses rivers and bridges. Pore phreatic water in sand gravel layer is large and water permeability is strong, and boulder is locally contained in pebble layer, which brings difficulties and risks to shield construction. Taking the construction of Chengdu Metro Line 6 crossing Hongguang River and Hongguang bridge as an example, this paper expounds the technical control measures of shield tunneling under the river and Bridge in the stratum containing large boulder and water rich pebble, so as to accumulate engineering experience for similar projects in the future. Key words: shield; water rich sand gravel stratum with large boulder; Undercrossing River and bridge; construction technology 0引言
成都地铁6号线土建3标盾构主要穿越含大漂石、砂卵石的地层，卵石层富水、水位较高、补给迅速，盾构施工难度较大。

本文以成都地铁6号线盾构穿越尚-天盾构区间红光河及红光桥施工为例，阐述了盾构穿越河流、桥梁的技术控制措施，为类似工程提供施工经验。

1 工程概述
1.1 工程简介
成都地铁6号线尚锦路站～红高路区间采用盾构法施工，其中左线长度为1283.541m，右线长度为1284.381m，拱顶最大覆土埋深17.9m，最小埋深9.6m，最大曲线半径5000m，最小曲线半径1000m，最大坡度25‰，最小坡度5‰。

区间出尚锦路站后沿西区大道下方敷设，区间沿道路走向，呈西北往东南方向，在西区大道与红高路交汇口以直线进入红高路站。

红光桥长31.4m，宽约 16m，红光河与区间隧道斜交，河床较平坦，河水面坡降不大，河宽15m，河内水深度约5.0m，水流呈由北向南。

堤岸为浆砌卵石，坡岸稳定，河底部分封闭，河底淤泥较浅。

盾构在里程约为DK10+178~ZDK10+215左右线穿越红光河及红光桥，盾构覆土约14m，距红光河底净距约为9.5m。

Fig. 3 pebble size content
2 施工重难点
盾构穿越红光河及红光桥施工重难点主要是以下几点：（1）隧道施工引起局部水土环境变化，可能造成桩基两侧土压力不平衡，桩基受损或侧移、沉降。

（2）卵石层中孔隙潜水形成贯通的自由水面，该层透水性强，富水性好，局部地段卵石层中含砂层透镜体，盾构施工时可能引起流砂、河底冒浆、突涌水等现象。

（3）卵石层含有大粒径漂石，最大粒径可达65cm，漂石对盾构施工的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏；大漂石无法破碎，盾构掘进受阻，导致出渣量超方，引起渠底开裂和桥梁侧移、沉降。

3 盾构下穿红光河及红光桥控制措施
3.1 盾构机选型
盾构设备选用由中国铁建重工集团有限公司生产的ZTE6250型土压平衡式盾构机，在结构设计方面考虑以排为主破碎为辅，在保证刀盘结构强度的前提下加大开口率，刀盘开口率达38%，以提高渣土的通过粒径和通过率，用以提高掘进效率，降低滞磨率。

刀盘采用Z字形连续肋板的设计，在对φ350mm粒径进行筛选的同时，提高整体扭矩传递的均匀性和流经肋板处渣土的流动性。

滚刀采用加宽型刀刃，且可换装18寸刀圈，刀毂部分加焊耐磨层，增加边缘区域切刀、刮刀的数量，提高刀盘边缘区域的耐磨性能，刀座背部采用了耐磨合金保护刀座，各面板处也布置了相应的导流刀具用于保护刀盘。

螺旋机采用大排量马达驱动的后部中心驱动，以保证螺旋机有较高的扭矩储备，轴承采用可进行挠度补偿的球面轴承，改善螺旋轴的受力，提高驱动性能。

盾构机采用了920mm内径的螺旋机，以提高携渣粒径，此外还配置有5个螺旋机检查清渣口用以检查、维修和排卡。

盾构机同时配置了高效的渣土改良系统、稳定可靠的双出渣门、预留了聚合物注入管路，在发生喷涌时可以采用多种方式处理。

针对卵石层透水性强、富水性好的特点，同步注脂管设计为2×6道，油脂注入更均匀，盾尾密封更可靠。

3.2 建立盾构穿越试验段
尚锦路站～红高路站区间右线隧道首先穿越红光河及红光桥，结合隧道的埋深及地质情况，在里程YDK10+235～YDK10+215（均为卵石土（含漂石）、埋深一致）设置20m的穿越试验段。

根据穿越试验段掘进参数总结，结合深层量测、控制欠压、充分注浆、主动防护等原则设定盾构穿越红光渠及桥梁参数如下：
（1）盾构推进速度控制在40～60mm/min；
（2）千斤顶总推力控制在800～1000t之间；
（3）刀盘转速在1～1.5rpm；
（4）刀盘扭矩控制在1000～4500 (kN·m)；
（5）土压控制在0.6～1 bar；
（6）每环同步注浆量控制在6～8m3，注浆压力控制在2.5～4bar；
（7）严格出土量管理，根据刀盘转速确定螺旋输送机转速，每环出土量控制在56m3，减少土体扰动；（8）严禁在过渠时超量纠偏、蛇形摆动，每环纠偏量不大于4mm；
（9）在刀盘正面注入膨润土来改善掌子面土体的和易性，严格控制膨润土注入量和注入压力；
（10）做好盾尾油脂的压注工作，在掘进过程中及时加注盾尾密封油脂，保持盾尾密封良好。

3.3 桥梁注浆预加固
桥墩采取袖阀管注浆加固，注浆采用普通水泥浆液，采用循环注浆方式通过注浆泵将水泥浆液通过袖阀管均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走卵石层（含漂石）颗粒间的水分和气体，并填充其位置，通过水泥中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，使土体变形能力增加，提高了变形模量，从而防止或减少红光渠桥梁桩基侧移、沉降。

袖阀管管径76mm，浆液配比1：1，注浆压力0.2～0.4Mpa，每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。

全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，间歇时间控制在10~30min之内。

当注浆压力≥0.6Mpa、吸浆量<2.5L/min、稳定时间≥25 min以及地面有上抬的趋势时，立即停止注浆。

注浆完成后及时冲洗袖阀管，盾构通过时进行跟踪注浆。

3.4 河底加固
盾构穿越地段覆土较浅，且卵石层（含漂石）透水性强，超方会引起河底沉降，形成漏斗通道，危及盾构施工安全，为避免盾构穿越时透水，渠底采用铺设200mm厚C20素混凝土+防水卷材+100mm厚C20细石混凝土进行渠底防渗漏加固处理。

红光河河底防渗施工工艺：清除河床底部淤泥平整河床→围堰施工→钢筋网绑扎→200mm混凝土找平层→铺设土工布→铺设1.5mmPVC防水板→铺设土工布→100mm细石混凝土保护层→倒边施工另一侧。

3.5 加强监控量测
3.7 施工参数建议
根据盾构穿越红光河及桥正常掘进数据总结，在成都含大漂石的砂卵石地层中盾构施工下穿河流及桥梁推荐采用以下参数：（1）盾构推进速度控制在55～75mm/min；
（2）千斤顶总推力控制在850～1050t之间；
（3）刀盘转速在1.2～1.4rpm；
（4）刀盘扭矩控制在4300～4500 (kN·m)；
（5）土仓压力：上部土压0.8bar，下部土压 1.2bar，上下土压差0.4bar，停机土压上部土压1.0bar；
（6）每环同步注浆量控制在6～8m3，注浆压力控制在2.5～4bar。

4 结束语
卵石地层（含漂石）盾构穿越河流、桥梁等特殊地段作为盾构施工过程中的重点，其施工控制措施的合理性决定了盾构掘进的安全性和时效性，将是盾构隧道施工发展最主要研究方向。

本文中所探讨的施工技术控制措施确保了该盾构隧道在施工过程中的安全性、快速性，为以后类似工程的施工提供了参考依照。

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