淺談地面出入式盾構隧道（GPST）施工技術

丁學杰

【摘要】本文主要是對南京機場線秣將區間隧道超淺埋盾構試驗段施工的探討、分析，主要從淺埋盾構機的改進、管片成型后的抗浮、橢變，盾構貫通后采取的抗浮措施。

【關鍵詞】特殊管片；抗浮設計；盾構機改造

前 言

南京機場線秣將區間淺埋盾構段是全國首例無工作井盾構法隧道施工技術的試驗段。盾構機從地表始發，然后在淺覆土條件下開挖（避免暗埋施工），最后盾構機在目的地到達地表。該工法可將隧道引道段和隧道段一起通過盾構施工完成，真正實現高效快速施工。該施工技術大大減少征地、拆遷等工程量，高效利用土體和減少能源建設資金的投入，降低施工風險，縮短施工工期等多個優點，對城市建設有著廣泛而深遠的意義。該項目地處由高架段向地下過渡的位置，場地周邊較為空曠，但地面上方有一500KV超高壓國家電網與線路斜交，施工限高12米，采取常規工法安全風險較大，所以選用該段為模擬GPST試驗段，采用斜面始發或到達模擬零覆土的工況下，目前已圓滿完成了超淺埋段施工任務。

1 試驗段工程概況

淺埋盾構段隧道位于南京市江寧區既有將軍大道上，右線盾構段長約123.659m，左線盾構段長約124.591m。本區間盾構段擬采用一臺Ф6340土壓平衡盾構施工，試驗段管片左右線合計204環，左線平曲線半徑R950m，右線平曲線半徑R1000 m，坡度-28‰。始發井盾構覆土4.7米，盾構推進至77環～82環為超淺覆土段，隧道覆土厚度小于0.3D（D為隧道直徑6. 2m，長度7.3m，含覆土漸變段1.3m）。淺埋盾構段隧道斷面主要處于①-2素填土、②-3C2粉土、②-1b2粉質粘土 、④-1b1粉質粘土，有小部分J31-1、J31-2全、強風安山巖，場址區地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水。

2超淺埋及地面出入式盾構風險分析及改進措施

該工法與常規盾構工法之處同，主要在于淺覆土的施工方法，因此應用常規工法施工會產生因"淺"而出現以下風險如：開挖面失穩、盾構機背土、漿液外竄、管片變形和隧道上浮等風險。

2.1 在設計管片選型方面

（1）采用直螺桿代替彎螺栓工藝，以加強管片預緊時的效果；GPST盾構管片每環管片使用斜螺桿（28根/環）、定位棒（6根/環）、通長螺桿（4根/環）；（2）在端部增加定位銷以增加片塊與塊之間的咬合效果；（3）增加縱向拉桿以加強縱向管片之前的預緊效果；（4）在隧道底部管片中增加錨桿孔，在隧道成型后注錨桿增加抗浮效果以增加管片外部連接；

2.2 在盾構機及配套設備改進方面

2.2.1 采用緊湊型設計：

由于始發井較?。ㄩL30米），將原先67米的盾構全長改造為35米，其中盾體長7.4m，管片穩定裝置10m車架由原來的5節壓縮成2節，原來的循環水箱、空氣壓縮裝置放置在地面，注漿系統和添加劑進行合并且長度進行壓縮，電器系統采用大功率電機2臺且立體放置以節約空間，油脂、潤滑系統位置進行改移至中盾內以節約空間，螺旋輸送機和雙軌梁套的管片穩定裝置的中間。

2.2.2 增加管片穩定裝置：

由于本區段覆土比較淺，在零覆土和超淺覆土下，管片易成豎鴨蛋，為此設計了管片穩定裝置，該裝置外徑5400mm且有8個支撐環各支撐1環管片，每環管片兩側有油缸驅動的可伸縮的半圓形頂塊，頂塊圓周上布置了滾輪用來撐住管片，可根據實際情況用油缸調節頂塊的伸縮量，油缸的伸縮行程為0-50mm在特殊情況下可以手動調節每個滾輪的伸縮量；盾構行進時拖動該裝置一起向前走，油缸上配備有壓力和行程傳感器，可檢測每一支撐環的實際狀態然后進行實時控制，能有效保證管片的穩定性。

2.2.3在刀盤設計方面優化

采用大開口率的刀盤設計以便盾構機在零覆土或土壓較低的情況下順利的切削、輸出土體，該盾構的刀盤開口率為60%，刀盤配置為：切削刀134把高度105mm，貝殼刀51把高度135mm，羊角刀8把高度115mm，中心刀1把高度345mm。

2.3 在盾構施工技術方面的改進措施

對盾構推進參數根據地質情況進行嚴格計算，建立合適的土壓，采取小扭矩慢速推進的模式。 由于始發井較小，始發時出土須從車架中間出土，所以只能采用的小土斗進行輸送渣土； 機場線采用小坍落度大比重的改良型惰性漿液進行同步注漿，改良型厚漿特性見下 本工程所使用的惰性漿液具有凝結時間短抗壓強度高等特點，在使用過程中是通過調整原配合比的水膠比、膠砂比、膨水比、粉灰比以及外加劑FDN-3和硅灰來滿足實際施工的需要，如通過減小水膠比或膠砂比可縮短漿液的凝結時間和稠度，適當摻量的減水劑可改善惰性漿液的流動性和提高漿液的抗壓強度，適當摻量的硅灰可改善惰性漿液的抗泌水性，提高漿液的保水性、粘聚性和抗壓強度等反之則相反。在正常推進的過程中定期或不定期的對厚漿漿液進行抽查試驗且做試塊，其中3天抗壓強度不低于1MPa，28天抗壓強度不低于4MPa為合格，厚漿配合比如下表：

2.4 對淺覆土段及零覆土段土體的穩定處理

（1）斜坡面噴射50mm厚的M5水泥砂漿；（2）斜坡面梅花型布置（@3000X3000） ？60PVC泄水花管，泄水管總長1.1m，插入斜坡面76cm。（3）距離斜坡面4.6米處做旋噴樁止水帷幕？600@400；（4）導坑外打設2口降水井，導坑內靠近斜坡面的兩條隧道中間打設1口降水井；（5）在左右線隧道中心做一排隔離加固樁，采用鉆孔灌注樁直徑600mm進行加固，樁的有效長度為11m，加固范圍為65.4m，布置范圍為從盾構0覆土段開始直至65.4m的長度距離，布置范圍內前半段樁的中心距為1.6m，共計14根。后半段樁的中心距為2.1m，設有9根樁，鉆孔灌注樁冠梁取800mm×600mm，長度為40.9m。

2.5 在后期使用階段的抗浮措施

2.5.1管片底部增設錨桿

在隧道垂直中線底部管片左右兩側5.63°和28.13°位置的管片上各預埋一個抗浮錨桿預埋件，錨桿采用全粘結方案桿體采用HRB335級鋼筋，孔徑Ф90mm水泥采用42.5新鮮普通硅酸鹽水泥高壓灌漿，注漿壓力不小于0.6MPa，錨桿自管片外側至土中深度不小于8m，錨桿的打設范圍為自導坑端頭8環管片。

2.5.2增加抗浮板壓重

在左右線零覆土管片分層對稱壓實回填后在地面增加一層25m×23m×0.4m的鋼筋砼壓板，壓板上面做道路綠化帶，綠化帶兩側才是 行車路線以進一步將管片的上浮度降到最小。

3結束語

南京機場線淺埋盾構施工在全國是首例進行超淺覆土施工的，在世界上日本曾經成功的進行過首次淺埋盾構施工，淺埋盾構不僅應用于地鐵施工在市政工程中的大直徑的管道工程、公路隧道及過江隧道工程中會有更廣泛的借鑒意義，但是淺埋盾構施工在一定程度上承擔著很大的風險，通過南京機場線淺埋盾構的順利貫通為我們以后的施工提供了借鑒、指導意義。

參考文獻

[1] 廣州地鐵設計研究院南京機場線淺埋盾構設計圖紙

[2] 地下鐵道工程施工及驗收規范

[3] 盾構法隧道施工及驗收規范

[4] 竺維彬，鞠世建 復合地層中的盾構施工技術 【M】.第1版.中國科學技術出版社，2006

[5] 竺維彬 鞠世建 史海鷗.廣州地鐵三號線盾構隧道工程施工技術研究. 【M】.第1版.暨南大學出版社，2008