淺覆土盾構(gòu)法隧道施工及管線保護控制技術(shù)上海已建的盾構(gòu)法地鐵隧道大多集中于深埋、建筑密集的地區(qū)，施工方法及環(huán)境保護技術(shù)已漸趨成熟，而在淺覆土區(qū)間隧道中仍然是個技術(shù)難題。本文結(jié)合了上海地鐵二號線浦東新區(qū)龍東路～中央化園區(qū)間隧道上行線的工程實例，針對盾構(gòu)法淺覆土區(qū)間隧道施工的有關(guān)技術(shù)進行了初步探索和總結(jié)。
1、工程概況
上海地鐵二號線浦東新區(qū)龍東路～中央公園內(nèi)間隧道上行線工程兩端頭井全線總長782.402m，采用法國FCB公司提供的外徑6.34m土壓平衡式盾構(gòu)機，隧道內(nèi)徑5.5m，由六塊寬1m的高精度鋼混凝土管片拼裝而成。本區(qū)間隧道主要穿越了上海地區(qū)相沉積第(2)－2層灰色砂質(zhì)粉土、第(3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和(4)層灰色淤泥質(zhì)粘土。該土質(zhì)滲透系數(shù)小，特征為飽和，流塑、土質(zhì)均勻，屬高壓縮性土。本隧道最大的特點在于覆土淺,覆土深度（距隧道頂部）在2.60～9.0m之間，在出洞洞口處最淺僅有2.60m，而且在離出洞口后的300m以內(nèi)平曲線曲率半徑小（399.851m）豎向坡度大，最大值達到24.17％，平均值在21％左右；盾構(gòu)在該淺覆土段將穿越內(nèi)環(huán)線龍東路段，共有12道公用管線分布在道路下,并在龍東路段一側(cè)有一根φ1600mm的污水南干線管線與隧道軸線斜交，施工條件相當苛刻。
2、有關(guān)參數(shù)的理論選定值
2.1、地表橫向斷面沉降槽寬度的預(yù)測由PECK法地面沉降量的橫向分布估算公式計算最大沉降量：Smax＝V1/2π.I＝V1/2.5iV1－－盾構(gòu)隧道單位長度地層損失量（m3/m），控制在2.5％，V1＝2.5％×π×3.1×3.1＝0.754m3/mi－－沉降槽寬度系數(shù)（m）I＝R×（Z/R）＝3.32～6.06m地面至隧道中心深度，約為5.8～12.1mSmax=5～9cm在距離隧道軸線9m處，沉降量衰減到最大沉降值的14％左右，所以有關(guān)監(jiān)測斷面沉降槽的設(shè)定寬度為18m。
2.2、注漿量和注漿壓力的選定盾構(gòu)推進的理論建筑孔隙GP計算公式為：GP＝π×（R2－r2）×L＋g＝1.52m3R:盾構(gòu)外半徑r：管片外半徑L：環(huán)寬，取為1m，G：盾殼外6根注凍管肋總體積。理論上講，漿液需100％充填建筑總空隙，但由于通常的漿液失水固結(jié)，盾構(gòu)推進時殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑，部分漿液劈裂到周圍地層,導(dǎo)致實際注液量要大大超過理論注漿量按照以往工程實踐，采用理論值的150％～200％進行注漿，即控制在2.2～3.0m2之間，注漿壓力為0.5Mpa。
2.3、總推力和推進速度的選定盾構(gòu)總推力應(yīng)等于盾構(gòu)進過程中所遇到的各種阻力，包括盾構(gòu)外殼與周圍土層摩阻力F1，切口環(huán)刃口切入土層阻力F2，襯砌管片與盾尾之間的摩阻力F3，盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩阻力F4，開挖面支撐阻力F5（地層產(chǎn)生的主動土壓力），經(jīng)計算得到總推力為8755KN。推進速度也即千斤頂頂速度的確定主要參照施工中反饋的各種信息，如地表沉降速率，軸線偏差、襯砌管片拼裝質(zhì)量、工期要求等因素，本工程考慮在2.5～3.5cm，min之間。
2.4、其它參數(shù)的選定密封倉土壓力設(shè)定為0.12～0.20Mpa：刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.50轉(zhuǎn)/min；出土量按每年土方體積計算約為32m3左右。
3、地面監(jiān)測體系
3.1、盾構(gòu)初推進試驗段第一試驗的監(jiān)測設(shè)置在盾構(gòu)出洞后有前2.6m，測點設(shè)置沿軸線點距一般為2.5m和3m，并設(shè)置了A、B兩個橫向斷面沉降觀測槽,第二試驗段設(shè)在過龍路段前30m的地帶上，沿軸線3～4m設(shè)1個測點，同時也布設(shè)了C、D兩個沉降槽。沉降槽斷面寬度為左右各9m，分別布設(shè)了3個監(jiān)測點。
3.2、龍東路段及φ1600mm污水管線在龍東路上測點的布設(shè)基于不妨礙車輛的通行，采用長鋼筋布點，沿軸線點距一般為4～5m，并在沿軸線二側(cè)各增設(shè)一排測點，形成較密集有點群,另外沿路中央及兩側(cè)綠化隔離帶（管線走向）布設(shè)E、F、G三條沉降槽，點距為4m，其范圍以達到影響區(qū)邊界為原則，沉降槽的布設(shè)是為了監(jiān)測和分析地下管線彎曲變形程度。沿污水管線走向在軸線兩側(cè)各設(shè)置的四座測點，點距4m，埋深1.2～1.5m。施工技術(shù)措施及監(jiān)測成果分析為了保證盾構(gòu)在淺覆土區(qū)域內(nèi)順利穿越道路管線和污水干線管道，在出洞100m以內(nèi)為盾構(gòu)試推進期，其間及時對土倉壓力、推進速度、總推力、出土量，刀盤轉(zhuǎn)速、注漿量和注漿壓力等施工能數(shù)進行調(diào)整，以取得最佳施工參數(shù)；當盾構(gòu)到達及穿越主要目標時，以推進速度和出土量為主要控制指標；當盾尾脫離內(nèi)襯砌后，出土量為主要控制指標；當盾尾脫離內(nèi)襯砌后，以注漿量作為主要控制指標，并根據(jù)管線附近的地表變形值及時反饋到盾構(gòu)推進工作室，及時調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)，達到信息化施工。
4、施工中采用的參數(shù)和施工過程
盾構(gòu)推進過程中還必須滿足上海地鐵工程盾構(gòu)推進中心軸線控進標準－50mm～＋50mm（包括平面、高程偏差）、地表沉降的控制標準－30mm～＋10mm以及對各管線變形嚴格的保護要求，施工中采用的參數(shù)和過程如下：
4.1、盾構(gòu)初推進本工程段由于盾構(gòu)機剛進入土層內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整是個難點，各項施工參數(shù)經(jīng)常處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)推進記錄報表來看，從35m到75m隧道由軸線高程偏差值均超出50mm的允許值并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，盾構(gòu)機頭也有抬頭，而且從A、B沉降槽和縱向沉降曲線來看，在淺覆土推進區(qū)內(nèi)，沉降值大多超過－30mm，個別點位嚴重超標，只是由于該軸線段處在空礦地帶，尚未對環(huán)境造成太大的影響。分析其原因歸結(jié)起來有以下幾點：
a、淺覆土區(qū)盡管已堆土加載，但覆土仍屬欠固結(jié)土，土質(zhì)松散，再加上盾推進時遇上雨期，下沉速率加快，引起沉降偏大；
b、漿液材料配合比的不確定性和注漿量的不穩(wěn)定性；在初推進期，漿液材料配合比曾采用其他單位推薦的惰性漿液配合比值,試驗下來稠度太大；另外由于隧道小半徑右轉(zhuǎn)變，并沿24％的坡度向下推進，有些襯砌環(huán)外壁容易積聚惰性漿液，在盾尾與襯砌環(huán)局部孔隙也容易出現(xiàn)漿液滲漏的問題，導(dǎo)致一些襯砌環(huán)注漿量的增多，最大值竟達3.2m2，也引起襯砌管片的上浮。
c、盾構(gòu)機械故障問題：由于該盾構(gòu)曾在上海地鐵一號線使用過，部分機械設(shè)備容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致盾構(gòu)被迫停止向前推進，停留時間過長，引起地面沉降量增大。針對已出現(xiàn)的這些問題，施工單位果斷采取了以下措施：
a、對有關(guān)施工技術(shù)參數(shù)進行及時調(diào)整，將盾構(gòu)力盤油壓穩(wěn)定在8.5～10.0Mpa之間；刀盤轉(zhuǎn)速仍為0.5轉(zhuǎn)/min；土壓力值的設(shè)定由原來的0.2Mpa減小到0.12MPa;推進速度為3.5～4.0mm/min，每天推進速度由5m提高到8m～10m；在更換漿液配合比時，采用前文所述的配合比后，注漿量控制在2m3～2.2m3，采取少量我次的注漿方法,注漿壓力為0.5MPa；
b、采取在襯砌環(huán)外壁粘貼海棉止水帶的堵漏措施，對盾容易產(chǎn)生漏漿的部位，充填油脂的使用必須到位；
c、加強設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，每日定時對設(shè)備進行檢查工作，避免機械故障帶來的不必要誤工。從85cm開始到第二試驗段，軸線高程偏差很快被控制住,高程偏差值在+25mm～35mm之間，平面偏差值維持在＋25mm左右，而且地面沉降也沒有出現(xiàn)過多的點位超標，盾構(gòu)的姿態(tài)也好轉(zhuǎn)，已具備了穿越龍東路的各項條件。
4.2、龍東路段盾構(gòu)在穿越龍東路時的各項技術(shù)參數(shù)為基于前期調(diào)整后的值，有關(guān)參數(shù)為：盾構(gòu)推進坡度為20％～24％；頂進速度為3.5～4.0cm/min；土壓力值設(shè)定為0.14MPa；刀盤油壓為8.0～9.0MPa；注漿量為2～2.2m2注漿壓力為0.5MPa；從盾構(gòu)機進入龍東路頭（122m）直到穿越（185m）的整個過程中，持續(xù)推進施工12天，每天完成5～6m的工作量，速度較慢，但從及盾構(gòu)推進姿態(tài)情況來看,反映良好，不僅地面沉降控制得很好，而且管線基本上沒有很大的變形，完全沒有影響。
4.3、ф1600污水南干線各施工技術(shù)參數(shù)值為：盾構(gòu)推進坡度為22％；土壓力設(shè)定為0.20MPa；頂進速度為3.0cm/min；刀盤油壓設(shè)定為900N注漿量為2.0m3；注漿壓力為0.5MPa。沿污水管布設(shè)的沉降觀測點（槽）的沉降曲線如圖2所示，各點位沉降值都在20mm左右，達到了預(yù)期的效果。
5、結(jié)論
5.1、在淺覆土區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)法隧道的施工中，用以防止地面沉降過大的注漿措施是至關(guān)重要的。同步注漿惰性漿液材料的配合比的選定要因工程而異,象本工程中所采用的漿液配合比是在綜合地質(zhì)情況、試驗結(jié)果、實際施工多方面因素選定的,這對淺覆土區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工是適用的；注漿量在淺覆土區(qū)域內(nèi)不宜過大，在理論孔隙值的120～150％之間即可，否則隧道軸線容易產(chǎn)生上飄，這一點與以往實踐所采用的理論孔隙值的150～200％所不同。
5.2、在曲率半徑小、越度大的隧道中的盾構(gòu)推進，各項施工參數(shù)的及時調(diào)整尤為重要，從本工程中反映出，不僅理論計算值與實際值有較大的差異,而且以往經(jīng)驗值和工程實際值也存在著一定的偏差。
5.3在盾構(gòu)法隧道施工中，遇到管線或其它重要構(gòu)筑物的保護問題時，對施工監(jiān)測信息及時反饋到盾構(gòu)施工作業(yè)面，并采取相關(guān)的措施是非常重要的。
1、工程概況
上海地鐵二號線浦東新區(qū)龍東路～中央公園內(nèi)間隧道上行線工程兩端頭井全線總長782.402m，采用法國FCB公司提供的外徑6.34m土壓平衡式盾構(gòu)機，隧道內(nèi)徑5.5m，由六塊寬1m的高精度鋼混凝土管片拼裝而成。本區(qū)間隧道主要穿越了上海地區(qū)相沉積第(2)－2層灰色砂質(zhì)粉土、第(3)層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和(4)層灰色淤泥質(zhì)粘土。該土質(zhì)滲透系數(shù)小，特征為飽和，流塑、土質(zhì)均勻，屬高壓縮性土。本隧道最大的特點在于覆土淺,覆土深度（距隧道頂部）在2.60～9.0m之間，在出洞洞口處最淺僅有2.60m，而且在離出洞口后的300m以內(nèi)平曲線曲率半徑小（399.851m）豎向坡度大，最大值達到24.17％，平均值在21％左右；盾構(gòu)在該淺覆土段將穿越內(nèi)環(huán)線龍東路段，共有12道公用管線分布在道路下,并在龍東路段一側(cè)有一根φ1600mm的污水南干線管線與隧道軸線斜交，施工條件相當苛刻。
2、有關(guān)參數(shù)的理論選定值
2.1、地表橫向斷面沉降槽寬度的預(yù)測由PECK法地面沉降量的橫向分布估算公式計算最大沉降量：Smax＝V1/2π.I＝V1/2.5iV1－－盾構(gòu)隧道單位長度地層損失量（m3/m），控制在2.5％，V1＝2.5％×π×3.1×3.1＝0.754m3/mi－－沉降槽寬度系數(shù)（m）I＝R×（Z/R）＝3.32～6.06m地面至隧道中心深度，約為5.8～12.1mSmax=5～9cm在距離隧道軸線9m處，沉降量衰減到最大沉降值的14％左右，所以有關(guān)監(jiān)測斷面沉降槽的設(shè)定寬度為18m。
2.2、注漿量和注漿壓力的選定盾構(gòu)推進的理論建筑孔隙GP計算公式為：GP＝π×（R2－r2）×L＋g＝1.52m3R:盾構(gòu)外半徑r：管片外半徑L：環(huán)寬，取為1m，G：盾殼外6根注凍管肋總體積。理論上講，漿液需100％充填建筑總空隙，但由于通常的漿液失水固結(jié)，盾構(gòu)推進時殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑，部分漿液劈裂到周圍地層,導(dǎo)致實際注液量要大大超過理論注漿量按照以往工程實踐，采用理論值的150％～200％進行注漿，即控制在2.2～3.0m2之間，注漿壓力為0.5Mpa。
2.3、總推力和推進速度的選定盾構(gòu)總推力應(yīng)等于盾構(gòu)進過程中所遇到的各種阻力，包括盾構(gòu)外殼與周圍土層摩阻力F1，切口環(huán)刃口切入土層阻力F2，襯砌管片與盾尾之間的摩阻力F3，盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩阻力F4，開挖面支撐阻力F5（地層產(chǎn)生的主動土壓力），經(jīng)計算得到總推力為8755KN。推進速度也即千斤頂頂速度的確定主要參照施工中反饋的各種信息，如地表沉降速率，軸線偏差、襯砌管片拼裝質(zhì)量、工期要求等因素，本工程考慮在2.5～3.5cm，min之間。
2.4、其它參數(shù)的選定密封倉土壓力設(shè)定為0.12～0.20Mpa：刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.50轉(zhuǎn)/min；出土量按每年土方體積計算約為32m3左右。
3、地面監(jiān)測體系
3.1、盾構(gòu)初推進試驗段第一試驗的監(jiān)測設(shè)置在盾構(gòu)出洞后有前2.6m，測點設(shè)置沿軸線點距一般為2.5m和3m，并設(shè)置了A、B兩個橫向斷面沉降觀測槽,第二試驗段設(shè)在過龍路段前30m的地帶上，沿軸線3～4m設(shè)1個測點，同時也布設(shè)了C、D兩個沉降槽。沉降槽斷面寬度為左右各9m，分別布設(shè)了3個監(jiān)測點。
3.2、龍東路段及φ1600mm污水管線在龍東路上測點的布設(shè)基于不妨礙車輛的通行，采用長鋼筋布點，沿軸線點距一般為4～5m，并在沿軸線二側(cè)各增設(shè)一排測點，形成較密集有點群,另外沿路中央及兩側(cè)綠化隔離帶（管線走向）布設(shè)E、F、G三條沉降槽，點距為4m，其范圍以達到影響區(qū)邊界為原則，沉降槽的布設(shè)是為了監(jiān)測和分析地下管線彎曲變形程度。沿污水管線走向在軸線兩側(cè)各設(shè)置的四座測點，點距4m，埋深1.2～1.5m。施工技術(shù)措施及監(jiān)測成果分析為了保證盾構(gòu)在淺覆土區(qū)域內(nèi)順利穿越道路管線和污水干線管道，在出洞100m以內(nèi)為盾構(gòu)試推進期，其間及時對土倉壓力、推進速度、總推力、出土量，刀盤轉(zhuǎn)速、注漿量和注漿壓力等施工能數(shù)進行調(diào)整，以取得最佳施工參數(shù)；當盾構(gòu)到達及穿越主要目標時，以推進速度和出土量為主要控制指標；當盾尾脫離內(nèi)襯砌后，出土量為主要控制指標；當盾尾脫離內(nèi)襯砌后，以注漿量作為主要控制指標，并根據(jù)管線附近的地表變形值及時反饋到盾構(gòu)推進工作室，及時調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)，達到信息化施工。
4、施工中采用的參數(shù)和施工過程
盾構(gòu)推進過程中還必須滿足上海地鐵工程盾構(gòu)推進中心軸線控進標準－50mm～＋50mm（包括平面、高程偏差）、地表沉降的控制標準－30mm～＋10mm以及對各管線變形嚴格的保護要求，施工中采用的參數(shù)和過程如下：
4.1、盾構(gòu)初推進本工程段由于盾構(gòu)機剛進入土層內(nèi)，盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整是個難點，各項施工參數(shù)經(jīng)常處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)推進記錄報表來看，從35m到75m隧道由軸線高程偏差值均超出50mm的允許值并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，盾構(gòu)機頭也有抬頭，而且從A、B沉降槽和縱向沉降曲線來看，在淺覆土推進區(qū)內(nèi)，沉降值大多超過－30mm，個別點位嚴重超標，只是由于該軸線段處在空礦地帶，尚未對環(huán)境造成太大的影響。分析其原因歸結(jié)起來有以下幾點：
a、淺覆土區(qū)盡管已堆土加載，但覆土仍屬欠固結(jié)土，土質(zhì)松散，再加上盾推進時遇上雨期，下沉速率加快，引起沉降偏大；
b、漿液材料配合比的不確定性和注漿量的不穩(wěn)定性；在初推進期，漿液材料配合比曾采用其他單位推薦的惰性漿液配合比值,試驗下來稠度太大；另外由于隧道小半徑右轉(zhuǎn)變，并沿24％的坡度向下推進，有些襯砌環(huán)外壁容易積聚惰性漿液，在盾尾與襯砌環(huán)局部孔隙也容易出現(xiàn)漿液滲漏的問題，導(dǎo)致一些襯砌環(huán)注漿量的增多，最大值竟達3.2m2，也引起襯砌管片的上浮。
c、盾構(gòu)機械故障問題：由于該盾構(gòu)曾在上海地鐵一號線使用過，部分機械設(shè)備容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致盾構(gòu)被迫停止向前推進，停留時間過長，引起地面沉降量增大。針對已出現(xiàn)的這些問題，施工單位果斷采取了以下措施：
a、對有關(guān)施工技術(shù)參數(shù)進行及時調(diào)整，將盾構(gòu)力盤油壓穩(wěn)定在8.5～10.0Mpa之間；刀盤轉(zhuǎn)速仍為0.5轉(zhuǎn)/min；土壓力值的設(shè)定由原來的0.2Mpa減小到0.12MPa;推進速度為3.5～4.0mm/min，每天推進速度由5m提高到8m～10m；在更換漿液配合比時，采用前文所述的配合比后，注漿量控制在2m3～2.2m3，采取少量我次的注漿方法,注漿壓力為0.5MPa；
b、采取在襯砌環(huán)外壁粘貼海棉止水帶的堵漏措施，對盾容易產(chǎn)生漏漿的部位，充填油脂的使用必須到位；
c、加強設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，每日定時對設(shè)備進行檢查工作，避免機械故障帶來的不必要誤工。從85cm開始到第二試驗段，軸線高程偏差很快被控制住,高程偏差值在+25mm～35mm之間，平面偏差值維持在＋25mm左右，而且地面沉降也沒有出現(xiàn)過多的點位超標，盾構(gòu)的姿態(tài)也好轉(zhuǎn)，已具備了穿越龍東路的各項條件。
4.2、龍東路段盾構(gòu)在穿越龍東路時的各項技術(shù)參數(shù)為基于前期調(diào)整后的值，有關(guān)參數(shù)為：盾構(gòu)推進坡度為20％～24％；頂進速度為3.5～4.0cm/min；土壓力值設(shè)定為0.14MPa；刀盤油壓為8.0～9.0MPa；注漿量為2～2.2m2注漿壓力為0.5MPa；從盾構(gòu)機進入龍東路頭（122m）直到穿越（185m）的整個過程中，持續(xù)推進施工12天，每天完成5～6m的工作量，速度較慢，但從及盾構(gòu)推進姿態(tài)情況來看,反映良好，不僅地面沉降控制得很好，而且管線基本上沒有很大的變形，完全沒有影響。
4.3、ф1600污水南干線各施工技術(shù)參數(shù)值為：盾構(gòu)推進坡度為22％；土壓力設(shè)定為0.20MPa；頂進速度為3.0cm/min；刀盤油壓設(shè)定為900N注漿量為2.0m3；注漿壓力為0.5MPa。沿污水管布設(shè)的沉降觀測點（槽）的沉降曲線如圖2所示，各點位沉降值都在20mm左右，達到了預(yù)期的效果。
5、結(jié)論
5.1、在淺覆土區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)法隧道的施工中，用以防止地面沉降過大的注漿措施是至關(guān)重要的。同步注漿惰性漿液材料的配合比的選定要因工程而異,象本工程中所采用的漿液配合比是在綜合地質(zhì)情況、試驗結(jié)果、實際施工多方面因素選定的,這對淺覆土區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工是適用的；注漿量在淺覆土區(qū)域內(nèi)不宜過大，在理論孔隙值的120～150％之間即可，否則隧道軸線容易產(chǎn)生上飄，這一點與以往實踐所采用的理論孔隙值的150～200％所不同。
5.2、在曲率半徑小、越度大的隧道中的盾構(gòu)推進，各項施工參數(shù)的及時調(diào)整尤為重要，從本工程中反映出，不僅理論計算值與實際值有較大的差異,而且以往經(jīng)驗值和工程實際值也存在著一定的偏差。
5.3在盾構(gòu)法隧道施工中，遇到管線或其它重要構(gòu)筑物的保護問題時，對施工監(jiān)測信息及時反饋到盾構(gòu)施工作業(yè)面，并采取相關(guān)的措施是非常重要的。
