浅谈盾构机采用“D”模式推进工艺穿越安庆长江大堤

浅谈盾构机采用“D”模式推进工艺穿越安庆长江大堤
 

摘　要：文章结合川气东送管道工程安庆长江盾构隧道穿越安庆北岸长江大堤，为确保盾构机穿越长江大堤时不对大堤造成任何影响，介绍了“D”模式推进工艺，同步注浆及加强二次补强注浆，注浆材料配比与性能指标，以及实施方案的质量保证措施。
　　1　概　述
　　川气东送管道工程安庆长江穿越隧道，位于安徽省安庆市境内，始发井位于长江北岸安庆市海口镇南埂村，距离安庆市约10km，接收井位于长江南岸安庆市东至县大渡口镇杨套村。其中始发井距离北岸大堤约350m，盾构机覆盖层厚度约18m，接收井距离南岸大堤约200m。始发井围护结构采用SMW工法施工，竖井开挖时采用Φ609mm的钢管支撑。始发井二衬混凝土厚1.0m，净空17m×8m，深11.564m。接收井围护结构采用1m厚的地下连续墙施工，深40m。竖井二衬混凝土厚1.2m，净空17m×6m，深29.4m，采用逆作法施工。隧道为圆形断面，净空2440mm，采用盾构法施工，全长约2770m，北岸以26%下坡，南岸以33%上坡。盾构隧道需三次穿越长江大堤。
　　北岸长江大堤：距江边约1km，修建时间60年代，堆填物为粉质粘土，大堤顶面宽8～10m，大堤顶面标高约18.00m。堤防为素填土堆填，并夯实压密。北岸二道坝与隧道中心线的夹角约120度，一道坝与隧道中心线的夹角约80度。
　　南岸长江大堤：岸堤坡角约35～45°，浆砌块石护坡，堆填物为粉质粘土，大堤顶面宽5～6m，大堤顶面标高约14.00m。南岸为高级别堤防，堤防近水侧采用干砌块石防坡和浆砌块石护脚，堤顶为沥青路面。南岸坝与隧道中心线的夹角约80度。
　　为确保盾构机穿越长江大堤时不对大堤造成任何影响，在距离大堤处采用“D”模式下的推进工艺，快速掘进通过大堤。同时加强注浆直至穿过大堤后改为混合模式掘进。
　　为确保在施工影响范围内的地表隆陷值控制在－10/+30mm以内，根据本标段隧道所穿越的地质条件，盾构在围岩较软，自稳性差，地面沉降要求较高的特殊地层中采用“D”模式进行推进过程中加强同步注浆及二次补强注浆，并及时回填管片与地层之间的空隙，以及跟踪注浆对防洪堤地基进行加固，盾构通过后，根据对大堤的监控量测反馈沉降情况及时注浆，直至大堤处于稳定状态。
　　2　实施方案
　　采用盾构法在含水砂砾层中进行隧道施工过程中，由于开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层的移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当地面结构物和设施的基础底部地基土扩散附加应力的有效范围处于隧道周围和上方土体受扰动后的塑性区时，塑性区地层的施工沉降和后期固结沉降将引起建筑物的差异沉降。当沉降过大，地表就会遭到损坏。因此，控制地表沉降是对防洪大堤的安全的重要保证。
　　对地表沉降的控制手段是通过地表沉降监测信息反馈来加以实现的，根据实测的数据来调整各项参数，必要时对盾构掘进、管片拼装、停止等状态实行分阶段监测，从而掌握规律，使沉降值降至最小。控制沉降主要从以下两个方面进行。
　　2.1　“D”模式推进工艺
　　为使在施工影响范围内的地表隆陷值控制在－10/+30mm以内，根据本标段隧道所穿越的地质条件，盾构在围岩较软，自稳性差，地面沉降要求较高特殊地层中采用“D”模式进行推进。
　　“D”模式也叫间接控制模式，它由空气和泥水双重系统组成。在盾构机的泥水室内，装有一道半隔板，将泥水室分割成两部分，在半隔板的前面充满压力泥浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。
　　当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构推进速度的变化，进出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面位置就会出现上下波动现象。通过液位传感器，可以根据液位的变化控制泥浆泵的转速，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定。当液位达到最低极限位置时，可以自动停止排泥泵。
　　“D”模式中可以进行液位自动调节，由计算机自动根据泥土舱内的液位和空气垫的情况自动调节进排气量和进排泥量，确保开挖舱内的压力与土压和水压平衡。也可以手动调节液面。
　　“D”模式下要做到泥水控制好最大颗粒粒径，粒径分布，泥浆水密度和泥浆水压力，并做好以下参数的测量和控制：①泥浆密度；②粘性；③屈服值（YV）；④含砂量；⑤过滤特性。
　　2.2　采用同步注浆及加强二次补强注浆
　　本工程盾构隧道主要埋设于砂层及砂砾层，盾构掘进后受扰动的围岩自稳性差，可能产生坍塌变形引起地表沉降。为保证长江大堤及过江隧道的安全，施工中采用同步注浆进行建筑空隙的填充、必要时采用二次补强注浆弥补同步注浆可能产生的缺陷。
　　2.2.1　同步注浆
　　根据隧道洞身穿越大堤地层的特点，为能尽早充填环形间隙使管片尽早支承地层，防止地层产生过大变形，并作为隧道结构外防水层和结构加强层，采用边掘进边注浆的同步注浆方式，通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，如图1同步注浆口示意图.