摘 要：技术依托成都轨道交通19号线二期工程，根据现场施工情况，结合施工经验，针对土压平衡盾构复合地层长距离下穿停机坪中的施工难题进行研究分析，以确保大直径盾构的顺利穿越。
关键字：土压平衡盾构 大直径 复合地层 下穿停机坪
1前 言
随着我国隧道工程使用盾构法施工技术的飞速成熟，已建、在建和即将建设的地铁盾构隧道工程数量不断增加，随着地铁线路的延伸，盾构下穿危险源的形式与种类也在不断的增加，其中施工难度高且安全风险大的危险源之一就是下穿机场停机坪。
成都双流国际机场位于四川省成都市，机场飞行区等级为4F级，是中国八大区域枢纽机场之一，年旅客吞吐量达到5000万人次。虽然成都地铁10号线二期工程φ6.3m盾构曾成功穿越双流机场停机坪，但φ8.6m大直径盾构的穿越尚属首次。穿越机场停机坪的施工核心在于控制地面和地层沉降，确保机停机坪使用安全，因此如何确保穿越停机坪过程地面和地层沉降满足要求是施工的最大难题。
2工程概况
2.1依托工程概述
成都轨道交通19号线定位为快线干线（140km/h）和机场线（160km/h），是连接成都双流区和天府新区的重要交通线路，具有缓解城区交通压力、带动沿线区域开发建设、促进城市经济社会发展的重要作用。该线路中，双流机场站～西航港客运中心站盾构区间位于双流机场以东、西航港客运中心站以西，区间长4101双延米，隧道埋深11.2m～41m，坡度5‰～28‰。线路出双流机场T2航站楼后先后2次穿越双流机场停机坪，穿越长度合计1961双延米，施工难度大，安全风险高。
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图1：区间平面布置图
2.2 地质水文
区间隧道主要穿越密实卵石层、砂卵石泥岩复合地层、中风化泥岩层及强风化泥岩层，根据成都地区水文地质及相关工程资料，该层砂、卵石土综合含水层渗透系数K约为10～30m/d，为强透水层，水量丰富。
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图2：区间地质剖面图
2.3工程重难点
⑴盾构在富水砂卵石、泥岩复合地层下穿停机坪，地面沉降控制技术难度大；
⑵施工过程中，需保证停机坪和滑道正常运转，安全要求高；
⑶机场内不允许外部施工人员进入、布设监测设施，施工过程监测难度大，采集数据困难；
⑷停机坪及滑道不允许进行地面预加固，风险无法降低。
3下穿停机坪施工关键技术
3.1盾构机改造
⑴刀盘改造
采用六辐条六面板的复合式刀盘，配置6把17寸双联中心滚刀、46把19寸单刃滚刀（其中12把边缘滚刀）、48把切刀并配置了18把贝壳刀保护边缘和正面刀盘结构，12路改良剂回转接头，刀盘开口率为37%，中心开口率为40%。
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图3：刀盘及刀具配置
⑵螺旋输送机优化
螺旋输送机具有防喷涌的能力、较高可靠性及耐磨性。配置防涌门和后部双闸门（断电情况下可紧急关闭），尾部配置保压泵渣接口，有效应对喷涌。
⑶渣土改良系统改进
①强大的注入能力：刀盘中心正面配置5路改良剂注入口+2路径向高压水冲洗，刀盘中心背部配置3路改良剂注入口+3路高压水冲洗。
②防堵和通堵的能力：采用多通路的回转接头设计，泡沫采用单管单泵；膨润土（与泡沫共用管路）、刀盘中心区域增设径向及背部高压冲洗，螺旋机单独配备一路泡沫。
③多点位多层次的改良能力：在刀盘、盾体和螺旋机分别设置注入口，盾体预留多处注入点。
3.2掘进参数选择设定及优化
⑴砂卵石、泥岩复合地层掘进施工
①上软下硬（上部砂卵石，下部中风化泥岩）地层掘进参数设定
表1 砂卵石、泥岩复合地层掘进参数控制
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注：每环出土量根据盾构开挖直径8.63m，每环掘进1.8m计算确定。
②推进速度
推进速度控制在30～60mm/min，并根据监测结果和出土情况调整。
③姿态控制
充分考虑管片上浮量，为保障成型隧道线型，盾构机水平姿态控制在±20mm，垂直姿态控制在前点-45～-30mm，后点-35～-20mm，姿态趋向控制在-1～-4。
⑵掘进参数优化
盾构掘进时首先按照参考掘进参数进行控制，主控室、监控室及PLC数据系统同步收集每环掘进参数。通过每10～30环的参数总结分析，结合实际掘进状态，不断调整优化，确定最优的掘进参数。
3.3隧道注浆
⑴同步注浆
盾构在推进中采用同步注浆和衬砌壁后补压浆，使土体与管片圆环间的间隙密实，减少后期变形。同步浆液的初凝时间控制在6h内，结实率大于95%，终凝强度不低于1.0MPa，注浆压力2～4bar。
⑵二次注浆
停机坪段全部采用增设注浆孔的管片，根据地质及出渣情况，及时进行二次注浆，二次注浆在脱出盾尾后的第2环进行，加固范围为管片轮廓外3m。
①双液浆，配比水泥：水：水玻璃浆液=1:1:1，初凝时间控制在25～35s，要求每10环进行一次环向封堵，注浆压力控制在2～4bar，注浆点位为K块外的所有预留注浆点位，注浆量为每环3～7m3。
②单液浆，配比水泥：水=1:1，注浆点位为隧道顶部，注浆在完成环封的管片之间进行，同时在6号台车增设一台单液注浆泵，用于跟踪注单液浆，注浆量根据实际注浆压力控制。
⑶中盾注泥
由于刀盘开挖直径大于盾体直径，为了防止在同步浆液还未填充前发生沉降，通过在盾构机连接桥右侧处增加中盾注泥设备，通过注泥泵往中盾壳体外部注入“粘土”—膨润土，填充刀盘开挖后形成的空腔、防止上部卵石卡住盾体、隔离开挖仓与注浆腔，起到控制沉降、防止盾体卡壳、预防浆液前窜等作用。
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图4：连接桥处中盾注泥设备
3.4防喷涌及防泥饼措施
⑴防喷涌措施
①增加同步浆液稠度，降低凝结时间,到达快速凝结和有效稳固作用，以保证同步浆液不被冲刷。在管片壁后进行连续的封闭环,封堵隧道背后汇水通道，防止管片周围的地下水串通,避免喷涌。
②向土仓中加入膨润土或发泡剂,改善土仓内土体的和易性,使其中的颗粒和泥浆成为一个整体,连续从螺旋输送机排出,避免喷涌。
③若出现喷涌现象,立即关闭螺旋输送机的闸门,适当向前掘进,使土仓内建立平衡,通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀。然后缓慢的将螺旋输送机开始转动,闸门慢慢打开，开门度为30%,边掘边出土,始终保持土仓内压力稳定。
⑵防泥饼措施
①优化刀盘刀具布置,降低部分推力和扭矩，提高掘进速度，减少渣土在土仓停留时间，降低泥饼形成机率。
②利用泡沫和低浓度聚合物水溶液的综合渣土改良方式,提高渣土流塑性、降低渣土渗透性，可预防渣土失水造成板结。
③调整泡沫和低浓度聚合物水溶液的注入位置及数量,有效防止刀盘及土仓结泥饼。
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图5：复合地层掘进示意
3.5渣土双控措施
⑴出渣方量控制
每列电瓶车编组掘进完成后，对渣土进行体积量测，及时将数据反馈给盾构司机，调整后续掘进参数，确保出渣量不超方。
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图6：出渣方量量测
⑵出渣重量控制
每斗渣土倾倒前，龙门吊司机将渣斗提升至离渣斗底盘10cm处，保持静止读取初始读数。渣土倾倒完成后，由地面工班人员确认后读取终止读数，并反馈数据至盾构司机采取相应的技术措施。
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图7：龙门吊称重完成倒渣
⑶采取应对措施
若发现某环超重或超方，立即分析此环掘进参数，找出原因并改进后续施工。通过增大中盾注泥量、同步注浆量及二次注浆量，减小超方对地面的沉降影响。重点监测此环，根据监测数据，采用洞内深孔注浆、地面钻孔注浆等措施进行地层补偿。
4 结 论
通过盾构机改造、掘进参数选择设定及优化、隧道注浆、防喷涌及防泥饼措施、渣土双控措施等关键技术的研究与应用，能有效解决大直径盾构机在复合地层掘进施工中喷涌、结泥饼、超方造成地面沉降等难题，有效控制地面沉降、确保盾构顺利穿越不停航机场停机坪。
参考文献：
[1]王国义，张波 土压平衡盾构泥饼防治技术浅析［J］.施工技术.2016(12)；
[2]彭宝富，王国义 土压平衡盾构穿越复合地层施工关键技术［J］.城市住宅.2018(03)；
[3]申军波 浅谈盾构长距离穿越复合地层施工技术［J］.门窗.2016(03)；
[4]张军荣 浅析复合地层盾构施工技术［J］.中外建筑.2018(09)。
作者简介：
李明晋：(1993-)，男，四川宜宾人，助理工程师，现任职中国水利水电第五工程局有限公司成都地铁19号线二期工程土建3工区项目盾构工程部副主任，从事城市轨道交通工程技术管理工作。
张雄伟：(1985-)，男，甘肃庆阳人，工程师，现任中国水利水电第五工程局有限公司成都地铁19号线二期工程土建3工区项目盾构总工，从事城市轨道交通工程技术管理工作。