樊献友，王海锋，姚峰，刘述森，陈阳
（江苏中车城市发展有限公司，江苏无锡214104）
摘要：传统盾构管片容易因管片上浮及不均匀沉降等原因出现错台，对隧道安全和防水造成不利影响，影响隧道正常运营。依托江阴高铁站～南闸站盾构工程，提出了复杂交互地层分布式凹凸榫管片大直径盾构隧道施工技术，重点介绍了分布式凹凸榫管片设计形式、洞内注浆+二次注浆、精细化盾构掘进控制、隧道位移控制等工艺原理，并对施工流程和要点进行了分析。技术的应用提高了管片环缝抗剪能力，保证了管片周边注浆加固效果及隧道实际标高的准确性。
盾构法因其施工效率高、地层适应性强等优点，在跨江越海通道工程中大量应用[1]。为了承受大埋深、高水压等引起的高围压作用，管片结构尺寸通常较大，环间常常设榫以满足定位要求[1-4]。传统凹凸榫呈连续布置，拼装精度低，当发生错台时，仅局部接触的凹凸榫发挥抗剪作用[2]，很难应对复杂地层压力而出现管片局部剪力过大产生破坏[5-7]，严重影响了隧道盾构施工的稳定性与安全性[8]。因此，提出了与分布式凹凸榫有机结合的大直径盾构隧道洞内注浆+二次注浆、精细化盾构掘进控制等施工技术。
1工程概况
如图1所示，无锡至江阴城际轨道交通工程（S1线）中的江阴高铁站～南闸站盾构区间垂直下穿新长铁路，左线纵坡为26.96‰，右线纵坡为26.81‰，隧道顶至新长铁路轨面竖向距离16.1m～16.6m，下穿范围内隧道洞身全断面处于黏土、砂土、含碎石粉质黏土等富水软弱地层。
2工艺原理
2.1分布式凹凸榫管片设计形式
传统盾构管片利用榫卯结构的原理极大地简化了隧道管片的拼接工序，新型分布式凹凸榫管片同样利用了榫卯结构的便利性。在此基础上，分布式凹凸榫管片设置了连接凹榫和凸榫的斜螺栓，斜螺栓由套筒包裹，经由小锚碇锚固在凹榫中，如图2所示。这样布置形式的凹凸榫管片整体性更强，一处管片受剪，所有凹凸榫共同受力。斜螺栓的存在加强了管片的径向以及逆径向的抗剪能力及强度，有利于抑制管片上浮、管片破碎等危害。
2.2复杂交互式地层大直径盾构隧道洞内注浆+二次注浆施工技术
采用水泥＋水玻璃双液浆，凝固速度快，不易向地层孔隙中流失，有效起到防止沉降的作用。通过同步注浆系统往管片外侧空隙注入厚浆，减少土体变形。实际注浆量控制在理论值的140%～150%，注浆压力也相应增大，以应对深层压力。厚浆中增加了石灰和增稠剂，比重大，粘稠性较好、抗稀释性好、不易离析。初凝时间控制在6h，能防止砂层土随地下水流失，对控制沉降和稳固管片有较好的作用。二次注浆采用壁后跟踪补偿注浆的方式，浆液能窜流一定的距离流向盾构机及时填充盾尾后方空隙，如图3所示。
2.3精细化盾构掘进控制技术
排土量通过土压传感器检测改变螺旋输送机的转速控制，进土量通过土压传感器检测来控制千斤顶的推进速度，以此来维持开挖面土压稳定。
2.4复杂交互地层大直径盾构隧道位移控制技术
在控制位移方面，本工程采用了一种大直径盾构隧道位移控制装置及其操作方法，如图4所示。它通过降排水管（1）、降排水泵（2）、蓄排水箱（3）和控制系统的协同作用控制大直径盾构隧道（5）位移，以此来保证隧道底板（4）标高处于设计位置。
3工艺流程及施工要点
3.1施工工艺
施工工艺流程如下图所示。
3.2施工要点
3.2.1盾构始发准备工作
始发前一段时间应该对始发段隧道范围内的所有地下管线、地面建构筑物进行核查，提前布设好管线沉降观测点。地表监测点布设沿隧道轴线：盾构始发、接收段100m范围内和一级监测等级范围内，每5环设一测点，加密监测断面，每个断面分别由隧道中线向两边布设，左线左侧、右线右侧均以2.5m、3.5m、5.0m、10.0m布设。其余沿隧道轴线走向每25环（30m）布置一个监测断面。并做好始发端头土体加固、洞门预埋钢环及安装、盾构机下井调试等工作。
3.2.2盾构始发掘进
盾构机掘进的前100m作为试掘进段，通过试掘进调整好掘进参数。待盾构机盾尾穿越加固区后立即进行封环注浆，从洞口环起共封6环，从底部注浆孔开始，自下向上全环采用双液浆封堵，控制注浆压力，一般不超过0.5MPa，同时观察帘布及地面漏浆情况，若发现有漏浆，立即停止换下一点位。
3.2.3盾构掘进
3.2.3.1大直径盾构隧道位移控制装置工作方法
当控制系统的采集仪采集到的土层中的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率超过隧道上浮预警值时，警报器报警并自动启动降排水泵抽水，及时降低盾构隧道底部土层中的孔隙水压力以减少盾构隧道的浮力，同时增加蓄排水箱中的储水量以增加盾构隧道的自重；根据实时采集到的超静孔隙水压力或隧道的上浮量或上浮速率的数据，实时调整降排水泵作业功率，直至排除盾构隧道的上浮风险。
当控制系统的采集仪采集到的下沉量或下沉速率超过隧道下沉预警值时，降排水泵不作业，同时利用盾构隧道自带的外排系统向外排出蓄排水箱中的水，以减小盾构隧道的自重；根据实时采集到的隧道下沉量或下沉速率数据，调整蓄排水箱中的储水量。
当蓄排水箱排空仍未控制住隧道下沉量或下沉速率时，解除降排水泵与降排水管顶部的通孔的连接，将回灌水泵与降排水管顶部的通孔连接；启动回灌水泵，通过降排水管向盾构隧道底部土层中回灌地下水，以提高土层中的孔隙水压力，从而增加盾构隧道的浮力；根据实时采集到的超静孔隙水压力或隧道的下沉量或下沉速率的数据，实时调整回灌水泵作业功率，直至排除盾构隧道的下沉风险。
3.2.3.2全断面深孔注浆加固
在盾构达到运营铁路前，预先在下穿地铁路段范围内管片上增设注浆孔，加强配筋设置（增加管片预埋注浆管数量，由6个注浆孔增加到16个，即封顶块1个注浆孔，其他邻接块、标准块均增加到3个注浆孔）。
在盾构通过后，立即选择合适的时机通过增加注浆孔管片全环断面进行径向深层钻孔、注浆洞内加固（图6），改善周围地层特性，注浆范围为穿越正下方及穿越前后的10~15环。洞内注浆采用高效携砂剂减阻浆液，具体注浆参数根据上述配制方法采用现场试验进一步确定，最终达到注浆加固体28d无侧限抗压强度不小于0.5MPa，地基承载力特征值不小于150kPa，压缩系数不大于0.3。
3.2.4管片安装
除连接常规的环向、纵向螺栓，管片还需要连接由套筒包裹的斜螺栓，如图7所示。
3.2.5盾构接收
接收前应做好接收端头土体加固，做好盾构机姿态调整，水平和高程的偏差不得超过10mm，仰角偏差不得超过2mm/m。同时注意盾尾间隙的控制，尽量保持盾尾间隙均等。最后再进行盾构机到达施工。
4结语
（1）采用分布式凹凸榫管片布置形式，在传统管片连接的基础上，设置带有套筒的两个斜螺栓，斜螺栓锚固在凹榫管片中，拼装精度高，错台受剪尺寸更大，提高了环缝抗剪能力。
（2）复杂交互式地层大直径盾构隧道洞内注浆+二次注浆施工技术，通过同步注浆系统往管片外侧空隙注入厚浆，并控制好注浆量与配比，二次注浆采用壁后跟踪补偿注浆的方式，采用水泥＋水玻璃双液浆，凝固速度快，不易向地层孔隙中流失。
（3）全断面洞内径向深层注浆加固使管片与土体之间的空隙得到及时填充，加固效果好，材料浪费少，能有效减少了盾构开挖引起的地面沉降。
转载文献来源：中国知网-中国水运
