广东华隧建设集团股份有限公司
摘要：随着城市建设的发展，开发三维城市空间边成为了必然，目前各类用途的地下空间已经在世界的各大城市得到开发和利用，高层建筑的多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车场、地下停车库等多种地下设施，而地下隧道工程更是为城市，甚至是城市之间的一体化建设带来了新的活力。国外著名的地下隧道工程有英法合建的英吉利海峡隧道、瑞士的圣哥达基线隧道、日本的青函隧道以及各国的地铁交通网等等。围绕隧道工程沉降控制问题，工程技术和研究人员开展了大量的研究工作，提出了许多优化设计方法，如模糊聚类分析方法（对实地调研数据进行统计分析），经验公式，反分析方法，计算机辅助设计方法。并给予实施。
关键词：盾构隧道；地质加固
一、主要施工工艺和技术参数
1.盾构隧道近距离下穿既有城际铁路地质加固施工技术
广佛环线陈村1号隧道交叉段地基加固主要采用板凳桩+地层预加固保护措施，地层加固采用Φ850三轴搅拌桩咬合加固，板凳桩采用Φ1200钻孔灌注桩，桩顶设置1.5m×1.5m托梁，广佛环明挖段主体结构直接置于托梁之上，托梁下土体采用三轴搅拌桩满堂加固。其余地段按广佛环陈村1号隧道地基加固设计。
①板凳桩施工：钻孔灌注桩横向3根纵向3根构成“田”字构造，桩长20.78m，深入岩层3.22m，横向间距为14.608m，纵向间距为6.355m，横向与盾构轴线斜交，斜交角为77°，板凳桩采用C40混凝土，板凳桩为Φ1200钻孔灌注桩，共设9根，桩顶设置1.5m×1.5m托梁，陈村1号隧道主体结构直接置于托梁之上。板凳桩施工过程中，需加强冲孔桩施工质量管理，确保成桩垂直度和泥浆护壁效果，避免成孔过程中出现塌孔或成孔倾斜，导致板凳桩侵入地铁隧道开挖范围内。
②三轴搅拌桩施工：三轴搅拌桩有效直径为0.85m，桩与桩之间相互咬合，桩心距为0.6m，满堂布置，深度至隧道结构以下3m，隧道轴线对称，总宽度为24.19m，长度约47m。搅拌桩选用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于18%。水泥浆水灰比为0.5~0.6。配备注浆泵的额定压力不小于5.0MPa，施工时，停浆面应高于桩顶设计标高500mm。施工中，应保持搅拌机盘底的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直度允许偏差±1%，桩位允许偏差为桩径的±40%。水泥浆液的水灰比为1：1，注浆压力为0.8MPa，以浆液输送能力控制。施工中途时因故停机、断浆及水泥浆离析，必须重新从停浆位置以下1m处注浆搅拌提升，保证搅拌桩的连续性。
2.双模式盾构机近距离下穿既有城际铁路掘进参数控制技术
（一）盾构设备运行及掘进模式选择
本工程盾构下穿广佛环明挖段拱顶离广佛环明挖段底板最小距离为2.2m，洞身地层主要为淤泥质土，夹少量粉细砂、中粗砂，偶见贝壳碎片及腐木，饱和，流塑，干强度及韧性低。隧道拱顶至广佛环结构底板之间为淤泥质土和淤泥，下穿之前已进行搅拌桩+板凳桩加固，该地层掌子面较软弱，且地下水较丰富，而隧道上方是对沉降要求非常高的广佛环线明挖段结构。为安全起见，选用两台直径ϕ6280土压泥水双模盾构机在该处地质条件下使用土压模式进行掘进，以保证快速安全掘进通过。
（二）土压力控制
根据设计图纸所示隧道埋深度约18m，静止土压力系数K0=0.6，上覆土综合容重γ取20kN/m3。通过计算得到土压力值P为2.3bar。由于静止土压力的不确定性和不均匀性，此值仅作参考，同时下穿段提前已进行搅拌桩+板凳桩加固，上部荷载大部分通过板凳桩传入更深层土体，因此，施工时应根据实际情况进行动态调整土压。
（三）出土量控制
出土量是判断盾构掘进是否超挖的重要标准之一，根据理论计算，盾构掘进一环（1.5m）的岩土体体积约为46.5m³，考虑1.5的松散系数，约为70m3，每环出渣量在4~5斗。
盾构操作人员应随时注意螺旋机出土情况，观察出渣量的变化和土仓压力变化，如果发现超挖，应及时调整掘进参数后继续掘进，并与地面监测人员取得联系，加强同步注浆量。
盾构在广佛环线明挖段下方掘进时要严格控制出土量，防止掌子面超挖造成明挖隧道结构及过街通道下沉等。主要控制措施如下：
（1）盾构掘进过程中，螺旋机的出渣速度和推进速度相互匹配，控制每环掘进出渣量在4~5斗左右。
（2）盾构掘进过程中的出渣量进行过程控制，按照理论计算每掘进约35cm即出1斗渣土，以此为标准检查推进过程中是否有超挖或出渣过多的情况，如有出渣过量则及时调整推进参数和螺旋机出渣速度。
（四）渣土改良控制
下穿广佛环明挖段隧道穿越地层主要为<2-1B>淤泥质土，地下水丰富，隧道拱部地层渗透系数大。掘进过程中必须对渣土进行合理的改良，在渣土中加入适当的泡沫剂能有效提高渣土的和易性，以防止喷涌和结泥饼，同时还有利于控制掘进与出渣的平衡，以达到平稳快速掘进，避免地面沉降与隆起事故发生。
（1）渣土改良剂的使用
盾构下穿广佛环线明挖段洞身地层基本为淤泥质土，防止刀盘结泥饼等，为快速通过提供保障。用量应根据实际情况做动态调整，根据理论计算和经验值，可将泡沫剂注入率暂定为40%~60%。经计算，当稀释液浓度为2%~5%时，每环用量范围为32.56~81.41L。
（2）防喷涌措施
下穿段上部为粉细砂层，渗透系数大，掌子面为淤泥质土，遇水流塑性大，难以形成封闭空间，较易发生喷涌。喷涌的发生不但影响正常施工排土和压力舱压力的控制，严重时会过多的将开挖面和管片四周的土、砂带出，造成地表沉降、塌陷，管片漏水、移位等施工事故。本段所选机型配置双螺旋输送机，大大降低了喷涌发生的改良，但同时也应做好如下防止喷涌措施：
①严格控制掘进参数，注重同步注浆，裂隙水发育的情况下，要分段做止水环，避免水路连通；
②认真分析勘探资料，在隔水层缺失的地层掘进要严格控制土仓压力，以免喷涌发生后土压难以建立，引起上部建构筑物沉降；
③避免停机后开启螺旋输送机闸门引发的喷涌，在停机时要严格判断土仓压力显示的是土压还是水压；
④做好施工工序安排，减少盾构机停机等待的时问，从而减少土仓内的积水；
⑤控制每环的出渣量，在停机时适当建立土仓内的土压，使之大于停机处地层的水土压力，必要时可通过泡沫管路向土仓内适当加入压缩空气。
⑥必要时往土仓或螺旋机底部注入聚合物，改良渣土。
（3）防结泥饼措施
泥饼是盾构刀盘切削下来的细小砂土颗粒、碎屑在土仓内重新聚集而成的半固结和固结状的块状体，泥饼的存在加重了盾构机刀盘和刀具的负荷，常常使掘进参数出现突变，使施工效率大大降低。防结泥饼应采取以下措施：
①渣土改良
该区间主要为淤泥质土，应改善土体的和易性，保证土仓内土压力的稳定性和出土的顺畅。在施工过程中，应及时观察所排土体的情况，分析土体粘性，及时添加适量的土体改良剂——泡沫，进行土体改良，以减小土体粘性度和粘着力。
②盾构掘进参数的设定
在施工过程中必须观测分析盾构在淤泥质土及富水地层中掘进的特性，在推进过程中应充分了解施工速度、盾构掘进性能、泥土温度之间的能量转换关系及其对泥饼形成的影响。控制好推进速度，减少泥饼产生的机率。
③控制循环水温度
严格控制渣土温度，渣土温度与刀盘的冷却程度有很大关系，循环水是刀盘冷却系统的主要介质。当外界气温高于30℃、隧道内通风系统的功能较差时，随着单环掘进时间的增加，土仓内的温度很容易上升，因此应控制冷却水的温度，必要时需使用冰水。
二、经济效益情况
本工程中，盾构隧道顺利高效地下穿既有城际铁路，沉降控制良好，盾构下穿对上部结构的影响极小，几乎做到零沉降，所形成的一套施工技术，能给未来快速发展的城际轨道和城市地铁工程提供参考依据：该技术研究能确保上部结构、盾构开挖面的稳定性，减少盾构下穿前的停机保养所耗的时间和经济成本；确保盾构隧道下穿既有城际铁路的安全性，亦适用于其他类型的建构筑物，降低上部结构损害所致的经济赔偿；通过合理的掘进模式切换、参数控制、地层预加固，避免在复杂地质条件下出现的质量和安全事故；为确保盾构隧道顺利施工和满足工期要求提供了技术支撑，减少施工时间和管理成本。
结论
我司通过工程地质分析、周边环境评估并结合过往施工经验，创造性的运用盾构隧道近距离既有城际铁路施工技术，巧妙的改变上部城际铁路的传力路径，将结构转接至更深层且承载力更好的土体，结合掘进参数控制技术，有效解决了在软弱地层中，盾构掘进产生的土体扰动对上部结构的不良影响。通过上部结构自动化监测技术，更有效的获得真实施工数据，从而更好的指导现场施工，降低了施工风险，缩短了施工工期，节约的工程投资成本，减少了对周边环境和交通的影响。此项技术在未来的盾构下穿建构筑物施工中有良好的借鉴和指导作用，为建设方、产权方、施工方带来巨大的社会和经济效益，推广应用前景良好。