成都轨道交通10号线二期工程盾构区段总长1km, 施工区段位于成都平原南部, 地势较平坦, 地貌单元为岷江水系冲积平原Ⅰ级阶地, 盾构区间主要穿越土层为砂卵石、中等风化泥岩地层, 勘察测得地下水位埋深为6.1～6.2m, 高程为459.97～460.66m, 沿线卵石层渗透系数约22m/d, 水量丰富。区间隧道右线沿黄河大道走向, 穿越北侧房屋群集中在YDK35+300—YDK36+045范围内, 房屋为1～7层框架结构建筑, 独立基础埋深为2～6m, 盾构覆土10.8～16.1m。黄河大道辅路房屋北侧存在直径800mm污水管、直径200mm给水管、直径108mm燃气管、10kV高压电线杆等。

1) 严格控制工程实施过程中的地质补勘工作, 对地层做到精准掌控, 确保盾构掘进参数的准确性, 为适时调整及预控措施的准备和实施提供有效依据。

2) 工程实施前对沿线建筑物、管线的图纸进行核实和实地复核, 做到双确认, 根据实际情况采取预处理、加固措施。

3) 结合城区道路、居民建筑物特点制定交通疏解方案并报交通主管部门审批, 根据获批方案进行分区段围闭, 并在封闭围挡内对盾构掘进影响范围内的既有管线进行横断面的开挖探槽。

4) 在盾构机掘进至风险源前80～30环设立试验段, 通过试验段调整盾构机机械状态、检查易损配件的储备、应急物资的配备情况, 并对盾构掘进参数进行进一步总结, 确定实际出土量的可控范围、土仓压力、较理想的掘进速度、刀盘扭矩的合理范围、同步注浆的注浆量及压力等。

为确保建筑物及既有管线的安全, 在施工中应严格依据试验段总结确定的参数进行掘进施工, 参数包括:推进速度和推力、刀盘扭矩、渣土改良方式、出土量、同步注浆、二次注浆等内容, 具体分析如下。

1) 推进速度和推力。施工过程中要求盾构掘进速度稳定在40～50mm/min, 同时盾构推力应介于1 000～1 200kN。盾构施工应具有连续性, 尽可能降低对地层的扰动程度。当盾构推力偏大时, 则容易出现地面隆起现象;反之, 如果盾构推力偏小, 则容易加剧地面沉降现象。此外, 当盾构掘进速度超出合理范围后, 则会引发同步注浆量不足的问题。

2) 渣土改良是通过盾构机的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入添加剂, 利用搅拌使盾构切削下来的渣土具有良好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力。通过前期工程总结, 采用泡沫剂+水+膨润土3种材料改良后综合使用。

3) 控制出土量。每掘进1.5m, 一环的出土量以56m³为宜。盾构推进过程中, 每天应及时检查对应的地面是否存在异常;当出土量超标时, 须加大检查频率, 有专人监控。

4) 保证同步注浆材料配比及饱满度。当开展同步注浆施工时, 要求注入率稳定在100%～150%, 同时注浆压力应控制在200～300kPa, 同步注浆材料应采用水泥砂浆 (可硬性浆液) , 其具有凝结时间较短、强度高、耐久性好和抗腐蚀性好等特点。采用的浆液配比如表1所示。

该浆液配合比的物理力学指标如下: (1) 胶凝时间一般为300min; (2) 固结体强度1d且强度不小于0.2MPa, 28d且强度不小于2.5MPa。

5) 二次注浆。以同步注浆为基础, 需要兼并展开二次注浆施工, 从而提升填充质量。注浆管片的具体位置需要设定为盾尾后3～4环区域为宜。材料选用水泥-水玻璃双液浆, 注浆压力为0.2～0.4MPa。

经产权调查及现场勘查得知, 盾构穿越影响区域建筑层数为1～7层且为框架结构, 独立基础, 基础埋深为2～6m, 盾构覆土10.8～16.1m。为保证房屋安全, 在房屋外侧施工钢管隔离桩注浆后形成有效隔离, 具体设计如下:

1) 在施工围挡内侧0.3m处, 距离隧道边线0.85～2.72m, 每间隔0.5m搭设直径为146mm、壁厚为6mm的钢管, 深度至盾构隧道中心线处, 利用钢管进行注浆, 对砂卵石地层进行加固, 并且通过注浆后隔离桩间咬合形成整体隔离墙。

2) 钢管分节安装, 分节安装长度原则上不小于5m。两节之间用丝扣连接, 丝扣螺纹段长大于150mm。相邻两根钢花管的接头要错接, 其错接长度不小于1.0m。注浆钢管上钻注浆孔, 孔径为10mm, 孔间距为200mm, 呈梅花形布置。钢管尾部 (孔口段) 2.0m不钻花孔作为止浆段。

3) 注浆采用水泥、水玻璃双液浆, 配合比为1∶1.68, 注浆压力0.4～0.8MPa, 注浆范围为管底上0.5m至管顶下2m。

隧道及基础加固剖面如图1所示。

管线密集区域进行盾构掘进施工时, 为确保安全避免掘进超方、地面沉降对管线的不利影响, 除按常规的掘进控制措施进行盾构施工外, 对埋深在1m范围内的既有燃气、给水、弱电通信管线进行挖探。在分区段围挡内全断面开挖槽时应详细调查各类管线走向, 每5m 1处, 开挖接近管线时采用人工开挖, 暴露后采用悬吊法进行保护, 管道施工完毕后在电缆线下回填低强度等级的混凝土、石灰土或砌砖, 采用混凝土回填时, 混凝土应填至电缆线基础底部, 其间不得有空隙。

分区段开挖保护便于对管线进行变形监测、巡查巡视以及超方后的应急处置。

区间下穿直径800mm污水管, 管线埋深为2.15～7.40m, 所在地层为稍密卵石土层, 此段盾构覆土为9.8～16.1m, 与污水管线竖向净距在3.95～14.84m。

盾构隧道掘进方向与污水管流动方向相反, 即将污水管分段封堵并抽排至已掘进完成的隧道上方原状管道内, 确定盾构掘进施工时污水管道内无水。

地面设置300m800PE管倒排污水, 将拟抽排处理的污水管道划分成7个封堵处理区域, 保证盾构施工区域范围管内污水正常排放。依次在盾构掘进前对各封堵区域进行临时封堵并倒排。

在城市轨道建设过程中, 盾构下穿建筑物是极为普遍的问题, 此时应根据建筑物的实际情况, 在此基础上选定合适的盾构掘进参数并采取可行的加固措施;施工过程中, 应密切关注土体沉降值, 做好相关监测工作, 由此确保盾构施工顺利进行。