南宁市轨道交通一号线一期工程 盾构下穿竹排冲安全专项施工方案
5．盾构下穿竹排冲施工工艺技术
5.1掘进模式选择
盾构机对隧道工程的适应性除了表现在刀盘与刀具的适应性、碴土的流动性和止水性之外，掘进模式的适应性是非常关键的。为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，必须根据不同的地质条件选择不同的掘进工况。
根据竹排冲工程地质条件，采用土压平衡模式进行隧道掘进。该模式的工作原理就是盾构机在土压平衡状态（作业面水土压力与土仓中的泥土压力平衡）下进行隧道掘进。刀盘开挖下来的碴土充填满泥土仓，并被装在切削刀盘后面及隔板上的搅拌臂强制搅拌，借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的碴土量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持泥土仓内压力稳定在预定的范围内。
在盾构通过竹排冲过程中匀速、连续、均衡施工。掘进过程中始终保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡，同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定。
另外，做好掘进、拼装等各工序的衔接以及盾构队作业班的交接工作，尽量减少非工作时间。在掘进过程中，各关键岗位(盾构司机、管片拼装工、注浆手)选用有丰富施工经验的人员，定岗定人。在施工过程中加强对机械设备的维修保养，尽量保证不因机械故障而停机，保证盾构机连续掘进。掘进速度应严格按照技术交底进行，严禁擅自改变，确保盾构机匀速向前掘进，减少对土体扰动。工作流程见图5-1。
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开 始设定土仓压力值P0设定刀盘扭矩、转速设定泡沫、膨润土注入参数设定千斤顶速度设定螺旋机转速调整泡沫及膨润土注入参数是刀盘扭矩上限土压力P1好P1和P0相符不好渣土流动性与止水性好盾构机姿态好地层沉降控制与反馈好调整螺旋输送机转速及出料口仓门调整掘进参数或进行二次补强注浆不好继 续
图5-1 土压平衡盾构工作流程
5.2土仓压力设定
下穿竹排冲段，盾构隧道顶与河底之间地层为4.5m粉细砂、2m淤泥土层，粉细砂层透水性高，淤泥质土透水性弱，粉细砂地层产生的土压力采用水土分算法，淤泥质土产生的土压按照其饱和密度计算（水土合算）。
土压力计算公式：P =K0∑γiHi
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K0——静止侧压力系数； γ——土层容重； H——土层厚度。
地质参数统计表 表5-1 地层编号 ①2 ②1-2 ③1 ○41-1 ⑤1-1 地层名称 素填土 淤泥质土 粉土 粉细砂 圆砾 天然容重（KN/m3） 19.3 17.2 2.03 20.1 2.05 静止侧压力系数K0 0.42 0.72 0.53 0.43 0.37 1、下穿河底土压计算
盾构与河底夹土层为4.5m粉细砂，2m淤泥土层，粉土层厚4.6m，河水按照水深4m考虑。
河水产生的土压P=1×10×4=40kPa=0.04Mpa
淤泥质土产生的土压力P=0.72×17.2×2=25kPa=0.025Mpa
粉细砂产生的土压力P=0.43×20.1×4.5+1×10×4.5=84kPa=0.084Mpa 静止土压力P=0.04+0.025+0.084=0.149Mpa。 盾构下穿竹排冲的土压设定为0.149Mpa~0.159Mpa。 2、下穿河堤前土压计算
盾构下穿竹排冲河堤前，结构顶覆土15.5m，其中12m素填土，3.5m粉细砂。 素填土产生的土压P=0.42×19.3×12=97.3kPa=0.097Mpa
粉细砂产生的土压力P=0.43×20.1×3.5+1×10×3.5=84kPa=0.065Mpa 静止土压力P=0.097+0.065=0.162Mpa。
盾构下穿竹排冲河堤前的土压设定为0.162Mpa~0.172Mpa。 3、下穿河堤后土压计算
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盾构出竹排冲河堤后，结构顶覆土15.6m，其中7.6m素填土，6.6m粉土，1.3m圆砾。 素填土产生的土压P=0.42×19.3×7.6=61.6kPa=0.062Mpa 粉土产生的土压p=0.53×20.3×6.6=71kPa=0.071Mp
圆砾产生的土压力P=0.37×20.5×1.3+1×10×1.3=22.8kPa=0.023Mpa 静止土压力P=0.062+0.071+0.023=0.156Mpa。
盾构下穿竹排冲河堤后的土压设定为0.156Mpa~0.166Mpa。 4、最终确定
根据计算，下穿河堤前土压为0.162Mpa~0.172Mpa，下穿河底时土压为0.149Mpa~0.159Mpa，下穿河堤后的土压设定为0.156Mpa~0.166Mpa。穿越河底时与正常地面掘进的土压力相差不大，因此盾构下穿两岸河堤和河底时，土压波动不能过大，平稳土压在0.0149~0.0172Mpa之间。
5、覆土变化段土压力设定
根据下穿河堤前、下穿河流、下穿河堤后的土压计算结果，控制穿河前河堤段的土压力设定由0.162~0.172Mpa逐渐降至0.149~0.159Mpa，土压总体下降约0.013Mpa，河堤段的掘进长度大约15环，平均每环下降0.001Mpa。
穿河后河堤段的土压力设定由0.149~0.159Mpa逐渐升至0.156Mpa~0.166Mpa，土压总体上升约0.07Mpa，河堤段的掘进长度大约15环，平均每两环上升0.001Mpa。
5.3出土量控制
每环理论出土量：π/4×D2×L=3.14×6.282×1.5/4=46.4m3 其中：D—盾构外径（m） L—管片长度（m）
根据南~金区间圆砾、粉细砂层中的施工经验，取渣土松散系数为1.2~1.3，即理论出土量：V=（1.2~1.3）×46.4=55~60m3。掘进过程中严禁超挖，控制总出土量小于理论出土量，
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在渣土斗上标出刻度以便读取数值，确保每环出土总量不超过60m3。
过程中一旦有超挖现象，必须对该区段进行处理，主要为二次补浆。
5.4同步注浆
当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为140mm左右的环形空隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层。
⑴注浆材料及配比设计 ①注浆材料
采用水泥砂浆作为同步注浆的材料，水泥选用42.5普通硅酸盐水泥。 ②浆液配比及主要物理力学指标
根据盾构施工经验，同步注浆拟采用下表所示的浆液配比，在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边环境等，通过现场试验优化确定。
同步注浆材料配比表 表5-2 水泥（kg） 粉煤灰（kg） 膨润土（kg） 砂（kg） 水（kg） 120 550 100 600 430 外加剂 按需要根据试验加入 同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：
胶凝时间：根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于穿越竹排冲需要利用初凝时间较短的地段，可通过现场试验进一步调整配比增加水泥用量，进一步缩短胶凝时间。
固结体强度：1天不小于0.1MPa，28天不小于1MPa。 浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%。 浆液稠度：10.5～11.5cm。
浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。 浆液初凝时间：6h左右。
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