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摘要：盾构过河掘进是地铁盾构隧道施工中风险最大也是施工难点之一。本文针对北京地铁10号线二期石榴庄～大红门站区间隧道盾构过河施工中的难点和采取的各项有效技术措施进行了阐述，并对达到的效果和积累的经验进行了总结，以期为今后类似工程的施工提供参考与借鉴。
关键词：过河隧道；盾构；浅覆土
1 工程概况
北京地铁10号线二期石榴庄～大红门站区间全长1086.5m，区间由西向东下穿凉水河。凉水河为北京南城的主要泄洪通道，平时多是城市排放的污水，常年有积水。区间隧道与凉水河斜角56°，两侧为石坎，河床有混凝土方砖铺砌，有淤泥，隧道覆土约7.0m，覆土较浅。盾构穿越地层主要为砂卵石地层，其中盾构隧道上部主要位于黏土层中，下部为卵石层。
2 工程重点、难点
由于盾构过河段覆土较浅，盾构推进时如果盾构施工控制不当将引起周围土体扰动，可能导致桥桩不均匀沉降、桥桩失稳、河床坍塌、发生透水等工程事故。特别是在盾构在穿越河流底部时，如有围岩顶板下沉会对河床产生危害甚至破坏，河水下渗也可能危及隧道施工，进而引发一系列不良后果。因此在盾构下穿河段过程中，如何采取相关技术措施减小沉降，确保凉水河及凉水河桥的安全将是本区间工程的重点。
3 盾构穿越凉水河施工措施
3.1 做好施工前的调查准备工作
施工前详细调查该区段水文地质，详细踏勘凉水河及凉水河桥的结构与现有的状态，尤其是对于河底隔水层的连续性、渗透系数、厚度以及各层的渗流情况，并将此数据情况作为盾构下穿时的重要参考。
3.2 调整好盾构姿态
盾构进入河底前要预先调整好盾构姿态，以较好的姿态下穿河底。在掘进过程中，盾构司机根据测量偏差及时调整盾构的掘进方向，尽可能减少掘进过程中的纠偏，杜绝大幅度的纠偏，以确保盾构平稳通过该段。
3.3 合理设置土压力
在盾构推进的过程中，根据监测数据及时调整土压力值，科学合理的设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动。在盾构过凉水河桥地区，盾构覆土厚度为7m，根据计算土压平均值控制在0.08～0.09Mpa之间。穿越时应降低推进速度，严格控制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。
3.4 同步注浆的控制
盾构下穿凉水河期间地面沉降控制值为±20mm，桥桩累计沉降控制值为10mm，桥桩差异沉降为5mm。考虑到此区间地面沉降控制标准较高，且河底至盾构拱顶间土层相对较薄，因此应加强掘进过程中的同步注浆的控制，本区段同步注浆拟采用膨润土、粉煤灰、砂、水泥为主要材料的液浆，每1m3浆液配比为：水泥260kg：膨润土80kg：粉煤灰340kg：中粗砂750kg：水520kg；浆液特性要求胶凝时间初凝为5～6h，终凝为10～16h，固结体强度为24h达到0.3MPa；固结率为95%，即固结收缩率5%；稠度为120mm；浆液稳定性应满足静置不沉淀、不离析或在胶凝时间内静置沉淀离析少。盾构下穿凉水河段过程中，要严格控制注浆压力和控制注浆量，注浆量控制理论值应为建筑间隙的150%~180%，同步注浆时要求在压入口的压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补而不是劈裂，因此要求注浆压力控制在0.20～0.30Mpa。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大。
3.5 二次补浆采用双液补浆
二次注浆选用水泥-水玻璃双浆液，每1m3浆液配比水泥：水：水玻璃溶液的比例为1:1:2；每两环进行一次补浆，补浆量为同步注浆量的30%，注浆利用低压、少量、多次注浆的方式及时补充因原有浆液固结收缩所产生的空隙。盾构推进过后每5环进行一环环箍注浆，每环6个孔每孔注入1.0m3。注浆压力为0.3Mpa。
3.6 控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀
盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要方法[1,2]。以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿凉水河桥期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。同时，在盾构通过河床时，要加强盾尾的密封与管片的施工控制，掘进时要定时定量均匀压注盾尾油脂，如有特殊情况可根据实际情况适当加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失，盾尾油脂量比正常推进每环多20Kg可以较好的控制盾尾的漏浆量。如果管片间隙出现渗漏，要及时堵漏处理，以免漏水引起河底下沉而对河底产生破坏。
3.7 加强监控量测管理，实现信息化施工
在盾构穿越凉水河期间，严格按照监测要求对凉水河桥进行监测，对监测数据及时分析处理并反馈。及时掌握盾构推进对桥梁及河道的影响，不断优化盾构推进参数。同时加强地面巡视，发现异常及时上报。
3.8 土壤改良效果模拟
在模拟段施工中，将有针对性的对土壤改良添加剂（泡沫或膨润土）配方及相应的改良效果进行跟踪记录，以寻找合适的土壤改良方式。详细分析模拟段施工资料，制定实际盾构穿越凉水河及凉水河桥施工参数。在盾构抵达凉水河前，应会同各方详细研究分析模拟段的施工参数，比如土压变化、注浆情况、土体改良情况及地面沉降等实际资料，从而制定盾构穿越凉水河及凉水桥施工参数。
4 制定应急预案
针对本工程特点及各种不利因素，制定各项应急预案，编制切实可行的应急程序，成立应急组织，并进行了严格的审查。在河流附近备好应急物资如海绵条、粘土及铁锹、编织袋、水泵、船等工具设备。可事先在河岸两边空旷处准备袋装粘土，一旦河底发生坍塌立即向河底抛填袋装粘土，确保盾构顺利通过。在盾构下穿河流之前，应对各项应急预案中的应急物资进行实物检查，并将应急物资存放在现场操作区域范围内，将险情控制在萌芽状态。
5 盾构机过河过桥整机检修
对推进系统的泵组、PLC模块控制，各类电磁阀，换向阀，比例分配阀以及推进油缸进行全面检查，发现油压不足及相关阀失效的情况下立即检修或更换；盾构机的电机与液压系统，应邀请盾构机制造厂家售后专业工程师过来检修，必须确保整个过河段正常作业；检修同步注浆系统泵的缸体，密封，及注浆管路是否有堵塞或破损等现象；检修拼装机线位开关，电磁阀及换向阀，刹车开关，以及拼装机遥控器是否正常工作，各油管是否老化；运输系统皮带输送机属于易破损构件，在过河前必须检查；自动导向测量系统过河前要调整好姿态，避免在过河过桥时在进行姿态调整。针对损坏或易破损的构件备好配件有针对性的准备一些施工中经常可能出现的易损构件，必要时可以及时更换，以免影响施工。
6 结语
在通过浅覆土河道的隧道施工中，要综合平衡考虑全线的地质、水文、地面构筑物、地下障碍物等情况选用盾构机型，然后根据所选的机型与河道覆土、水文情况、航道要求采取相应的施工措施，安全施工并保证以后运营时的隧道安全。采用土压平衡盾构机进行河底浅覆土隧道施工时要验算隧道上覆土的安全厚度。在盾构推进时根据实际情况调整盾构推进参数，对减小轴线偏差、控制地面沉降、保证盾构机及隧道安全有重要影响。
参考文献
[1] 陈馈,洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].人民交通出版社,2009.
[2] 杨书江,孙谋,洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术.人民交通出版社,2011
作者简介
祝经刚（1983-）男，安徽亳州人，助理工程师，从事地铁的建设与管理工作.Email:[email protected]
关键词：过河隧道；盾构；浅覆土
1 工程概况
北京地铁10号线二期石榴庄～大红门站区间全长1086.5m，区间由西向东下穿凉水河。凉水河为北京南城的主要泄洪通道，平时多是城市排放的污水，常年有积水。区间隧道与凉水河斜角56°，两侧为石坎，河床有混凝土方砖铺砌，有淤泥，隧道覆土约7.0m，覆土较浅。盾构穿越地层主要为砂卵石地层，其中盾构隧道上部主要位于黏土层中，下部为卵石层。
2 工程重点、难点
由于盾构过河段覆土较浅，盾构推进时如果盾构施工控制不当将引起周围土体扰动，可能导致桥桩不均匀沉降、桥桩失稳、河床坍塌、发生透水等工程事故。特别是在盾构在穿越河流底部时，如有围岩顶板下沉会对河床产生危害甚至破坏，河水下渗也可能危及隧道施工，进而引发一系列不良后果。因此在盾构下穿河段过程中，如何采取相关技术措施减小沉降，确保凉水河及凉水河桥的安全将是本区间工程的重点。
3 盾构穿越凉水河施工措施
3.1 做好施工前的调查准备工作
施工前详细调查该区段水文地质，详细踏勘凉水河及凉水河桥的结构与现有的状态，尤其是对于河底隔水层的连续性、渗透系数、厚度以及各层的渗流情况，并将此数据情况作为盾构下穿时的重要参考。
3.2 调整好盾构姿态
盾构进入河底前要预先调整好盾构姿态，以较好的姿态下穿河底。在掘进过程中，盾构司机根据测量偏差及时调整盾构的掘进方向，尽可能减少掘进过程中的纠偏，杜绝大幅度的纠偏，以确保盾构平稳通过该段。
3.3 合理设置土压力
在盾构推进的过程中，根据监测数据及时调整土压力值，科学合理的设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动。在盾构过凉水河桥地区，盾构覆土厚度为7m，根据计算土压平均值控制在0.08～0.09Mpa之间。穿越时应降低推进速度，严格控制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。
3.4 同步注浆的控制
盾构下穿凉水河期间地面沉降控制值为±20mm，桥桩累计沉降控制值为10mm，桥桩差异沉降为5mm。考虑到此区间地面沉降控制标准较高，且河底至盾构拱顶间土层相对较薄，因此应加强掘进过程中的同步注浆的控制，本区段同步注浆拟采用膨润土、粉煤灰、砂、水泥为主要材料的液浆，每1m3浆液配比为：水泥260kg：膨润土80kg：粉煤灰340kg：中粗砂750kg：水520kg；浆液特性要求胶凝时间初凝为5～6h，终凝为10～16h，固结体强度为24h达到0.3MPa；固结率为95%，即固结收缩率5%；稠度为120mm；浆液稳定性应满足静置不沉淀、不离析或在胶凝时间内静置沉淀离析少。盾构下穿凉水河段过程中，要严格控制注浆压力和控制注浆量，注浆量控制理论值应为建筑间隙的150%~180%，同步注浆时要求在压入口的压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补而不是劈裂，因此要求注浆压力控制在0.20～0.30Mpa。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大。
3.5 二次补浆采用双液补浆
二次注浆选用水泥-水玻璃双浆液，每1m3浆液配比水泥：水：水玻璃溶液的比例为1:1:2；每两环进行一次补浆，补浆量为同步注浆量的30%，注浆利用低压、少量、多次注浆的方式及时补充因原有浆液固结收缩所产生的空隙。盾构推进过后每5环进行一环环箍注浆，每环6个孔每孔注入1.0m3。注浆压力为0.3Mpa。
3.6 控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀
盾构推进过程中的同步注浆及二次补浆是控制地面沉降的主要方法[1,2]。以往的经验显示，盾构推进过程中的盾构姿态不好易造成盾尾处漏浆，地面沉降，因此在盾构下穿凉水河桥期间，确保盾构推进轴线与设计轴线相吻合，盾尾四周间隙均匀。同时，在盾构通过河床时，要加强盾尾的密封与管片的施工控制，掘进时要定时定量均匀压注盾尾油脂，如有特殊情况可根据实际情况适当加大盾尾油脂压注量来防止浆液通过盾尾流失，盾尾油脂量比正常推进每环多20Kg可以较好的控制盾尾的漏浆量。如果管片间隙出现渗漏，要及时堵漏处理，以免漏水引起河底下沉而对河底产生破坏。
3.7 加强监控量测管理，实现信息化施工
在盾构穿越凉水河期间，严格按照监测要求对凉水河桥进行监测，对监测数据及时分析处理并反馈。及时掌握盾构推进对桥梁及河道的影响，不断优化盾构推进参数。同时加强地面巡视，发现异常及时上报。
3.8 土壤改良效果模拟
在模拟段施工中，将有针对性的对土壤改良添加剂（泡沫或膨润土）配方及相应的改良效果进行跟踪记录，以寻找合适的土壤改良方式。详细分析模拟段施工资料，制定实际盾构穿越凉水河及凉水河桥施工参数。在盾构抵达凉水河前，应会同各方详细研究分析模拟段的施工参数，比如土压变化、注浆情况、土体改良情况及地面沉降等实际资料，从而制定盾构穿越凉水河及凉水桥施工参数。
4 制定应急预案
针对本工程特点及各种不利因素，制定各项应急预案，编制切实可行的应急程序，成立应急组织，并进行了严格的审查。在河流附近备好应急物资如海绵条、粘土及铁锹、编织袋、水泵、船等工具设备。可事先在河岸两边空旷处准备袋装粘土，一旦河底发生坍塌立即向河底抛填袋装粘土，确保盾构顺利通过。在盾构下穿河流之前，应对各项应急预案中的应急物资进行实物检查，并将应急物资存放在现场操作区域范围内，将险情控制在萌芽状态。
5 盾构机过河过桥整机检修
对推进系统的泵组、PLC模块控制，各类电磁阀，换向阀，比例分配阀以及推进油缸进行全面检查，发现油压不足及相关阀失效的情况下立即检修或更换；盾构机的电机与液压系统，应邀请盾构机制造厂家售后专业工程师过来检修，必须确保整个过河段正常作业；检修同步注浆系统泵的缸体，密封，及注浆管路是否有堵塞或破损等现象；检修拼装机线位开关，电磁阀及换向阀，刹车开关，以及拼装机遥控器是否正常工作，各油管是否老化；运输系统皮带输送机属于易破损构件，在过河前必须检查；自动导向测量系统过河前要调整好姿态，避免在过河过桥时在进行姿态调整。针对损坏或易破损的构件备好配件有针对性的准备一些施工中经常可能出现的易损构件，必要时可以及时更换，以免影响施工。
6 结语
在通过浅覆土河道的隧道施工中，要综合平衡考虑全线的地质、水文、地面构筑物、地下障碍物等情况选用盾构机型，然后根据所选的机型与河道覆土、水文情况、航道要求采取相应的施工措施，安全施工并保证以后运营时的隧道安全。采用土压平衡盾构机进行河底浅覆土隧道施工时要验算隧道上覆土的安全厚度。在盾构推进时根据实际情况调整盾构推进参数，对减小轴线偏差、控制地面沉降、保证盾构机及隧道安全有重要影响。
参考文献
[1] 陈馈,洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].人民交通出版社,2009.
[2] 杨书江,孙谋,洪开荣.富水砂卵石地层盾构施工技术.人民交通出版社,2011
作者简介
祝经刚（1983-）男，安徽亳州人，助理工程师，从事地铁的建设与管理工作.Email:[email protected]