0 引言

　　由于早期城市规划未充分考虑地铁建设，随着城市发展的需要和地下空间的开发，出现地铁隧道线路与地下管线遭遇的情况，并成为地铁施工中的重难点。根据郑州市轨道交通3号线一期工程盾构切削城市主干污水管实例，提出具有针对性的措施，并通过实践证明相关措施的有效性，从而对软土刀盘土压平衡盾构机切削复杂环境下城市主干污水管施工技术进行总结^[1]。

　　1 工程概况

　　1.1 工程简介

　　郑州市轨道交通3号线一期工程某盾构区间左线起止里程为ZDK15+590.462—ZDK16+455.078(长链2.365m)。区间左线设置3处平曲线，曲线半径分别为360,400,1 000m，线间距8.435～13.1m;纵向设计3个坡度，坡度依次为5.310‰，25.910‰，-2.000‰。隧道顶部最小埋深9.145m、最大埋深18.560m。区间隧道采用装配式钢筋混凝土衬砌环，管片外径6 200mm、内径5 500mm，壁厚350mm。

　　本区间采用6 460mm中铁装备土压平衡盾构机，刀盘结构采用6牛腿、6主梁、6辅梁结构，刀盘开口率52%。刀盘上有4个泡沫口要、2个膨润土口、单管单泵单喷口。

　　1.2 污水管概况

　　在区间左线里程ZDK16+375—ZDK16+455，隧道与污水管发生重合，长度为80m，新污水管已迁改完成。盾构切削DN1 200污水管为沿东西大街方向敷设的1条污水主干管，建于1986年，管径1 200mm，埋深8～10m，流向由西向东;管材为市政盘圆钢筋混凝土管，管节长度2m，管口为止水橡胶条平口对接。区间左线与污水管位置关系如图1,2所示。

　　采用水下无人机对管道内进行查验，并取得管道碎块进行强度检测，检验结论如下:本段污水管年度久远、老化和腐蚀严重，部分段存在渗漏水，管道强度在30～50MPa。

　　

　　图1 区间左线与污水管位置关系纵剖面  

　　 

　　

　　图2 区间左线与污水管横断面位置关系  

　　 

　　1.3 工程与水文地质条件

　　盾构切削污水管的区域范围内，所处土层从上至下依次为:(1)₃砂质粉土填土、(1)₁杂填土、(2)₃₂黏质粉土、(2)₃₃黏质粉土、(2)₄₁粉砂，地层分布如图3所示，隧道穿越地层特性如表1所示。区间隧道范围内存在1层潜水，稳定水位埋深10～15m，该层水赋存于水位以下的冲洪积层中。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。

　　

　　图3 地层分布 

　　 

　　  

　　表1 隧道穿越地层特性 

　　 

　　 

　　

　　表1 隧道穿越地层特性

　　2 技术措施

　　2.1 刀盘改造

　　盾构机原刀盘根据郑州地铁3号线软土地质情况设计，刀盘结构、刀具配置能够很好满足掘进需求，现结合盾构机切削污水管的情况，考虑到焊接的贝壳撕裂刀能够切削钢筋混凝土结构，又需要连续切削，越远离刀盘中心的刀具磨损越快、磨损情况越严重，因此需加强刀盘的保径能力，保证刀盘的开挖直径，故在最外轨迹增加6组保径刀，由原来的6组变为12组，同时保径刀位置重新布置^[2]。具体刀具配置如表2所示，具体布置如图4所示。

　　  

　　表2 刀盘刀具配置 

　　 

　　 

　　

　　表2 刀盘刀具配置

　　

　　图4 刀盘改造后刀具配置  

　　 

　　2.2 污水管处理

　　盾构切削废弃污水管期间，为防止盾构掘进时螺旋机及盾尾处发生喷涌，需提前对废弃污水管进行填充，以保证污水管所处地层稳定^[3]。

　　2.2.1 利用原有的废弃污水井进行填充

　　1)经勘查发现污水管内部有400mm厚淤泥沉积物质，一次性填充满足不了施工需求，需清理污水管内的淤泥质沉积物。

　　2)采用吸粪车，利用原有3处污水观察井清理污水管内淤泥质土。

　　3)污水管废弃后，由于年代久远，淤泥沉积物多，流动性差。在距离左线接收端头井口40,75,150m各有1口原有污水井，采用M12.5的水泥砂浆对其进行封堵。

　　2.2.2 施工工序

　　针对本区段污水管，在与区间隧道切削前位置处打设探孔，深度为污水管埋深长度以下1m，探孔数量为138个，DN1 200污水管南北各1排(南侧70个、北侧68个)，先用1 030mm取芯机钻破地面沥青水稳层，然后采用80mm洛阳铲进行人工探孔。具体施工工序如下。

　　1)第1步测量放样，根据设计图纸在地面找出污水管的具体走向，并在地面进行详细标注。

　　2)第2步采用取芯机对地面进行钻孔，钻孔深度为钻破地面水稳层即可。

　　3)第3步采用80mm洛阳铲，通过人工方式进行探孔。探孔深度为3m，时刻观察土体形态，做好记录，并把探孔土体进行标注。

　　4)第4步探孔完成以后，开始使用注浆机进行剩余土体加固，加固深度为底部4m(污水管底部以下1m，以上1.6m)，待底部4m加固完成后，剩余用微膨胀混凝土进行回填，并及时振捣密实。污水管加固布置如图5所示。

　　

　　图5 污水管土体加固剖面  

　　 

　　2.3 参数控制

　　在盾构机穿越全断面富水砂层施工过程中，掘进参数、盾构机姿态、同步注浆、二次注浆及出渣量是控制沉降和保证施工质量的关键^[4,5,6]。

　　2.3.1 掘进参数控制

　　在实际施工过程中，结合理论数据和类似工程经验，并从实际情况出发，对掘进参数进行实时调整，实际掘进参数如表3所示。

　　  

　　表3 盾构机掘进参数 

　　 

　　 

　　

　　表3 盾构机掘进参数

　　2.3.2 盾构机姿态控制

　　正常情况下左右油缸行程差值最大不应超过50mm，盾构机位置偏差亦控制在-20～+20mm，铰接油缸的行程应始终控制在30～80mm，如出现偏差超过10mm，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位置要保持在偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大调整切口位置，造成后续推进中的姿态失控。

　　2.3.3 同步注浆及二次注浆

　　同步注浆采用水泥砂浆，以注浆量和注浆压力双指标进行控制，以注浆压力为主、注浆量为辅。同步注浆的必要条件由填充性、限定范围、固结强度(早期强度)三要素组成，这三者之间具有相辅相成、相互制约的关系。

　　如果同步注浆量不足、超挖等会造成管片外侧间隙填充不密实，引发管片漏水、地面沉降等，此时应结合实际情况对管片进行二次注浆。二次注浆在管片脱出盾尾5环后进行，每隔5环进行一次，以“多点、均匀、少量、多次”为原则。二次注浆的注浆位置、注浆量与速率、补浆次数与间隔时间应根据监测数据及时调整。

　　2.3.4 渣土改良

　　泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入，从刀盘向前喷出，主要用于对盾构机开挖面土体的改良。泡沫的组成比例如下。

　　1)泡沫混合液组成3%泡沫原液+97%水。

　　2)泡沫剂组成90%～95%压缩空气+5%～10%泡沫溶液。

　　3 切削污水管效果分析

　　3.1 地表沉降监测分析

　　根据规范和设计要求，标准段隧道中心轴线上每30m布设1个测点，90m设一断面。在横剖面上从盾构轴线由中心向两侧由近到远，按测点间距3,3.5,5,8m递增布设测点，布设范围为盾构外径的2～3倍。

　　本区间沉降控制值为±30mm。通过对隧道中心轴线垂直方向地表沉降数据的归纳总结，得出盾构机掘进施工对隧道中心轴线垂直方向产生沉降的影响范围以及影响大小。

　　通过对地表沉降监测数据的整理，得出盾构施工对区间隧道上方地表影响范围内的沉降影响程度，具体内容如下。

　　1)在盾构机通过时产生较大沉降，完全通过后，地表随时间变化依旧会发生较小的沉降变化，并逐渐趋于稳定，单日最大沉降值不超过±10mm。

　　2)在盾构机通过后，累计沉降逐渐达到最大，累计沉降最大值=初始值-高程采集值=-15.7mm<沉降控制值=30mm。

　　3.2 施工效果

　　通过刀盘改造和一系列措施，保证了盾构机的开挖能力。在实际施工中，盾构机顺利切削污水管施工。施工期间，盾构机土仓压力、刀盘扭矩、总推力和推进速度平稳;螺旋输送机出渣顺畅，无异常情况。

　　4 结语

　　本文根据郑州市轨道交通3号线某盾构区间软土刀盘土压平衡盾构机切削DN1 200污水管施工情况，对软土刀盘切削钢筋混凝土结构城市管道的能力和技术措施进行分析总结，得出以下结论。

　　1)软土刀盘连续切削钢筋混凝土结构的能力较差，施工前应对刀盘进行改造，并采取一系列控制措施。

　　2)在盾构机切削管道极易造成沉降，提前对管道内外进行注浆加固，能有效改善土体与管道的整体性，将施工引起的地表沉降值控制在±20mm。

　　3)利用改造后的软土刀盘土压平衡盾构机切削污水管，不仅有效减少地层扰动和地表沉降，还大大减少对周边环境的影响。