1 引言
随着城市轨道交通发展的需要，各个城市盾构施工变得普及，但在淤泥质软土地层大直径盾构浅覆土过河施工仍具有很大的难点，其主要风险有：盾尾及盾构驱动等部位的密封性、盾尾易变形、成型隧道易渗漏、开挖面易坍塌、失稳等，为确保工程安全、顺利完成，必须采取有效措施规避上述风险。
本文基于台州市域铁路S1线工程某标段为例编制，从盾构机选型管控、推进前策划及推进中控制三个方面讨论总结淤泥质软土地层大直径盾构浅覆土过河施工技术，为类似工程施工提供参考。
2 工程背景
台州市域铁路S1线工程某标段采用盾构法开展区间隧道工程施工。该盾构区间范围内零星分布少量水塘，南官河在区间里程DK18+363～DK18+387处与盾构区间线路相交，河面宽度为23m，河岸高度一般为3.00～-4.00m，水深2.00～3.00m，河流岸坡为浆砌块石护坡；场地分布的地下水主要为赋存于浅部黏性土层中的孔隙潜水，下部碎砾石层中的孔隙承压水。
图1 盾构区间平面图及南官河位置
孔隙潜水主要接受大气降水与地下径流补给，以蒸发或向低洼处径流为主要排泄方式，渗透能力差，水量贫乏，地下水受季节气候变化影响较大；深部孔隙承压水，含水层深埋于地下深处，上覆巨厚的淤泥质土和粘性土隔水层，只在含水层伸展至沟谷部分接受河（沟）谷孔隙潜水及基岩裂隙水的补给，由于补给途径远，天然水力坡度极小，地下径流极为缓慢。
根据勘察资料显示，商腾区间盾构隧道场地地貌为海积平原，地形平缓开阔，绝对标高在2.5～4.0m之间，场地现为城市交通主要干道。区间盾构隧道主要穿越2-2淤泥层和3-1黏土层，隧道上覆层为1-0黏土和2-2淤泥，下卧土层为3-1黏土层。
图2 商～腾盾构区间地质剖面图
盾构穿越地层力学性能差，稳定性差；软土层具有渗透系数低、排水缓慢、欠固结、固结时间长，易触变高压缩性、强度低等特点。
表1 盾构穿越土层特性表
区间隧道采用内径7.7m、外径8.5m、宽1.6m的圆形预制带凹凸榫结构钢筋混凝土管片，错缝拼装，弯螺栓连接，衬砌环为双面楔形通用环，楔形量为46mm，强度C55、抗渗等级P12。
3 盾构机选型配置条件
该工程采用2台Ø8710mm奥村土压平衡式铰接盾构机完成隧道推进工作，单台盾构机总重约930t。结合软土地层特性，该工程采用开口率55%的辐条式刀盘，利于渣土进入土仓，渣土流动性好，同时搅拌力矩低、可以预防泥饼的形成，并配备正常软土地层使用的刮刀和先行刀，保证切土效率。
3.1土压平衡盾构机
通过土体自身及盾构千斤顶压力控制土仓泥土压力来维持平衡，可向泥土仓加注膨润土、泡沫等塑性剂改善渣土流动性，降低盾构扭矩，保持土压平衡，防止螺旋输送机喷涌，适用于台州地区含砂量较小的流塑性软黏土。
3.2辐条式轻量化刀盘
配备软土地层刮刀和先行刀，刀盘开口率达到55%，有利于渣土进仓，搅拌力矩小，可以预防泥饼的形成。同时土仓内和刀盘正面土压反馈准确，可以对正面土压进行准确读取和判断，进行准确的参数控制，防止开挖面异常超挖或坍塌。
3.3组合式渣土改良系统
刀盘正面均匀分布6个独立的渣土改良入口，其中默认设置2个（中心）为加水喷口，2个（中间）为泡沫喷口，２个（外周）为膨润土喷口，6个喷口可进行相互切换，极端可实现6个独立泡沫、加水或加泥。喷口采用防堵塞设计，增加喷口使用寿命，并采用高压水，高压油两套通堵系统。
刀盘背面在不同轨迹配置6根主动搅拌棒，用以搅拌土仓内渣土，增加渣土流动性，防止土仓内结泥饼。
3.4外置注浆系统
盾构机盾尾外侧布置7组注浆管，有效减少盾构开挖断面，减弱盾构掘进过程对地层的扰动。同时盾体尾部设置一排止浆板，可以防止砂浆填充到盾体前部，保证注浆效果。注浆系统配置有2台SCHWING柱塞泵作为同步注浆泵，采用压力或流量控制模式控制同步注浆量。
为了及时补充注浆效果，防止地表沉降及管片上浮，盾构出厂即配置从管片背部进行补强注浆的二次注浆系统。在盾构机8号台车安装二次注浆系统，管路最远可以牵引至拼装处，可以及时有效的对已经衬砌好的任一环管片进行注浆。
3.5主动铰接系统
盾构机铰接系统配备20根铰接油缸，最大铰推力6500t。在曲线段掘进时，盾首可实时按线型调整姿态，而主推油缸推力可尽量保持均匀分布，具有较高的线路拟合能力，减少管片破损。
4 盾构机下穿河道掘进控制
4.1开挖土量控制
开挖土量与排土量是否平衡对开挖面土压力有比较大的影响，在施工中，通过对开挖土量和排土量的实际测量，得出开挖土量、排土量与土压力的关系；若开挖土量大于排土量，则土压力有升高的趋势；若开挖土量小于排土量，则土压力有降低的趋势。
通过计算，可以计算出每环理论出土量为：
［（π×D2）÷4］×L=［（π×8.712）÷4］×1.6=95.3m³/环
D—刀盘直径，取D=8.71m；
L—管片环宽，取L=1.6m。
表2 盾构掘进开挖土方量控制表
考虑到添加剂的使用，每环出土量应控制为出土量103m³左右。
4.2采用增设注浆孔管片
盾构施工下穿淤泥质软土地层过河时，采用增设注浆孔的衬砌管片，每环由原来7个注浆孔增加到19个注浆孔，方便盾构穿越后，采用全断面进行注浆加固，减小地面沉降，同时也能有效地对衬砌管片周围土体的空隙进行二次填充，有利于周边土体的稳定和控制管片的上浮，从而减小对桥基和河道下方土体的扰动，保证盾构施工和成型隧道的安全。
4.3降低推进速度，控制总推力
盾构机在穿越河道时，宜采取较低的速度推进，速度一般控制在40mm/min以内，严格控制千斤顶总推力，总推力控制在2100t以内，减少土层扰动，以免顶穿河底土体。
4.4调整好盾构姿态，减少纠偏次数及纠偏量
在穿越推进过程中，连续测量盾构机的姿态偏差，盾构司机根据偏差及时调整盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，减少土体的扰动，从而保证盾构机平稳地从河道下方穿越。
4.5优化浆液配比，合理设定注浆量及注浆压力
盾构穿越河道前，优化浆液配比以及制作浆液试块，并对浆液的性能指标进行测试，性能指标包括稠度、初凝值、抗压强度、比重。初步确定，注浆浆液配比如下表所示：
表3 同步注浆浆液配比表
同步浆液性能要求达到稠度10～12cm，初凝时间4～8小时，28天强度不小于2.5MPa，浆液倾析率小于5%。
在穿越试验段过程中，根据实际注浆效果，及时对浆液配比进行调整优化，缩短浆液凝胶时间、确保浆液质量。
根据以往经验，初定穿越时注浆量为理论建筑空隙150～200％，并根据实际情况做适当调整。注浆压力小于0.30MPa，以免压力过大而击穿河底土体，导致与隧道上部土体贯通，河水通过土体进入盾构施工区。
4.6严防盾尾漏水
盾构机采用4道盾尾钢丝密封刷，能有效防止盾尾透水。掘进中加强盾尾密封油脂的注入，确保盾尾密封油脂注入量；加强铰接处的密封检查，及时调节密封压板螺栓，保证其密封效果，防止地下水涌入。控制好管片姿态，居中拼装，防止盾构建筑空隙过大形成透水通道，必要时在管片外侧粘贴海绵用于止水，封堵管片与盾构间的间隙。
4.7加强施工质量，提高隧道自防水能力
在河底段掘进时加强盾构掘进姿态控制及管片点位选择，确保盾构机趋势与管片趋势一致，加强螺栓复紧和盾尾间隙控制，减小管片错台、裂缝、漏水，保证较好的隧道线形，提高隧道防水质量。
4.8土体改良
盾构穿越河道段部分位于淤泥质黏土地层中，可以利用加泥孔向前方土体加水来改良土体，增加土体的流塑性。其一：使盾构机前方土压计反映的土压数值更加准确；其二：确保螺旋输送机出土顺畅，减少盾构对前方土体的挤压；其三：及时充填刀盘旋转之后形成的空隙。
4.9隧道二次补浆加固
在盾构掘进过后，为防止在掘进中产生的后期不利影响，在盾构掘进完成6～8环后对隧道进行二次或多次注浆，在考虑到有渗漏水的风险，在管片注浆孔开口前，先在注浆孔内安装注浆球阀，再准备好注浆设施后，用电钻打开管片5cm的保护层，接上准备好的二次注浆管开始注浆，二次注浆保证每环注浆量在2.0m³以上，注浆压力维持在0.30～0.35MPa。
4.10盾构掘进参数指标
合理设定土压力是目标土压力管理的重要内容。目标土压力设定的基本原则是；保证开挖面的土体稳定，尽量减少掘进对周围土体的干扰。土仓内土压力的确定一般按“静止土压+水压+预留压力”来计算。盾构机过河掘进施工参数参考值如表4：
表4 盾构机过河掘进施工参数参考值
5 结论
（1）在盾构推进施工前，对盾构机策划。通过对盾构的适应性分析、改造刀盘、渣土改良系统、合理选用注浆系统及主动铰接系统使其更适应淤泥质软土施工。
（2）在盾构推进过程中，严控施工参数。过河段选用增设注浆孔的管片，做好管片防水材料的粘贴，同时选用合理的注浆配比。另通过严格控制出土量、推进速度、总推力、壁后注浆等技术参数，使盾构顺利过河。
通过上述手段，在该工程盾构施工过程中，保证了大直径盾构在淤泥质软土地层浅覆土安全过河。为类似淤泥质软土地层大直径盾构浅覆土过河施工提供参考。
参考文献
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作者简介
姓名：郎志超，性别：男，民族：汉，出生年月：1991年4月，籍贯：黑龙江省，学位：学士学位，工作单位：中铁上海工程局集团有限公司城市建设分公司，单位地址：上海市宝山区富联路777号，邮编：201906，职称：工程师