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摘要：地铁盾构施工，盾构机下穿浅覆土河道，如何控制好盾构掘进各项技术参数，采取措施确保安全是工程施工的关键。本文结合长沙大河西先导区雷梅片区文化艺术中心站～梅溪湖东站区间在下穿新修龙王港河道时采取的相关盾构施工参数及预控措施，总结施工经验以及施工过程中存在的问题与建议，供研究和探讨。
关键词：盾构施工 下穿 浅覆土沉降监测 土仓压力同步注浆
中图分类号：TV76文献标识码：A
工程概况
长沙大河西先导区雷梅片区地下配套交通一期工程，位于长沙市岳麓区梅溪湖片区。区间采用土压平衡盾构机进行施工，均采用了中国铁建重工生产的ZTE6250型复合式土压平衡盾构机（直径6250mm）。
文化艺术中心站~梅溪湖东站区间，左线全长874.512米，共计583环。右线全长891.18米，共计594环。左线307环～364环、右线310环～367环下穿新建龙王港河道，两盾构区间净间距7.62米，下穿河道段最浅覆土深度为4.19m（盾构机直径为6.25m），覆土为强风化板岩，经实测盾构下穿时水深约2米，水面宽近40米。由于覆土厚度小于一倍洞径，对于盾构下穿这种浅覆土河道施工风险较大，如果施工措施控制不当，极易产生河床坍塌或涌水现象，甚至出现盾构机被水淹没而报废的重大事故及经济损失。
本区间穿越段左线地质情况如下图2所示：
图2穿越河道段地质纵断面图
盾构区间与龙王港河道成51°角斜穿，穿越段现场照片见图3所示。
图3文～梅区间下穿龙王港河道现场照片
盾构掘进施工中，控制地表沉降成为施工控制的重点，反映到盾构掘进参数中，重点是控制土仓压力。
2 .理论土仓压力计算
结合地质勘探情况，对盾构掘进土仓压力进行理论计算和初步判断，再通过进入河床前的地表沉降监测情况，进行参数调整。
理论土压力
式中为水的容重，取9.8kN/m3；为水深，取2.0m；为土层容重，取21.5 kN/m3；为覆土深度，取4.19m。
= 1-sin30°= 1-0.5 = 0.5
P=（9.8×2.0+0.5×21.5×4.19）×10-3=0.06MPa
由此可知，计算理论土仓压力为0.6bar。
3 .掘进参数调整
3.1地表监测布置情况
在临近水面处加密地表沉降监测点，具体布点情况如图4所示。
根据规范要求，地表沉降报警值为24mm，警戒值为30mm。
图4加密布点情况
3.2沉降监测情况及土仓压力调整
盾构掘进主要参数初步拟定为土仓压力0.6bar，推进速度3～5cm/min，刀盘转速为2转/分钟，同步注浆压力≤0.3MPa。
2013年5月24日，盾构机按理论土仓压力0.6bar推进至300～303环，地表沉降监测情况见表1所示。
表1地表沉降监测数据表（5月24日）
观测日期 2013/5/24上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 9.81 9.810 7.05 300环
BP-#07-2 5.36 5.360 6.15
BP-#07-3 9.54 9.540 11.41
BP-#08-1 14.86 14.860 10.94 303环
BP-#09-1 6.32 6.320 2.14 305环
BP-#10-1 8.25 8.250 7.84 307环
BP-#11-1 3.94 3.940 4.66 309环
通过监测数据显示，地表沉降数值偏大，需对其进行调整。根据实际情况，将土仓压力调整至0.8bar进行掘进。
2013年5月25日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至303～305环，地表沉降监测情况见表2所示。
表2地表沉降监测数据表（5月25日）
观测日期 2013/5/25上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 0.89 0.890 7.94 300环
BP-#07-2 -2.56 -2.560 3.59
BP-#07-3 -3.18 -3.180 8.23
BP-#08-1 -5.80 -5.800 5.14 303环
BP-#09-1 -3.16 -3.160 -1.02 305环
BP-#10-1 -8.19 -8.190 -0.35 307环
BP-#11-1 -5.72 -5.720 -1.06 309环
根据监测数据显示，各测点数据基本都有回升，根据此参数继续进行掘进。
2013年5月26日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至305～307环，地表沉降监测情况见表3所示。
表3地表沉降监测数据表（5月26日）
观测日期 2013/5/26上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 1.14 1.140 9.08 300环
BP-#07-2 3.15 3.150 6.74
BP-#07-3 4.47 4.470 12.70
BP-#08-1 -1.58 -1.580 3.56 303环
BP-#09-1 4.40 4.400 3.38 305环
BP-#10-1 2.27 2.270 1.92 307环
BP-#11-1 2.31 2.310 1.25 309环
根据监测数据显示，各测点沉降情况基本稳定，可继续按此土仓压力继续推进，总结参数。
2013年5月27日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至307～309环，地表沉降监测情况见表4所示。
表4地表沉降监测数据表（5月27日）
观测日期 2013/5/27上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 1.85 1.850 10.93 300环
BP-#07-2 2.13 2.130 8.87
BP-#07-3 -1.70 -1.700 11.00
BP-#08-1 1.62 1.620 5.18 303环
BP-#09-1 1.36 1.360 4.74 305环
BP-#10-1 0.92 0.920 2.84 307环
BP-#11-1 0.41 0.410 1.66 309环
日
沉
降量变化曲线图见图5所示：
图5日沉降量变化曲线图
根据监测数据及日沉降量变化曲线图显示，区间盾构按上述参数掘进能有效控制沉降，确保施工安全，掘进参数表见表5所示。
表5文～梅盾构区间穿越龙王港河道掘進参数控制表
4. 施工技术措施
4.1缩短同步注浆初凝时间
盾构掘进穿越河道时，应缩短同步注浆浆液的初凝时间，减小地表沉降量。同步注浆配合比初凝时间通过适当增加水泥用量的方式来调整，经试验验证，同步注浆浆液初凝时间缩短至5小时左右。
4.2加强同步注浆及二次注浆管理
根据理论计算及地层实际情况，同步注浆量一般不小于6m3，注浆压力≤0.3MPa。如发生漏浆现象，油脂泵立即补充油脂，二次注浆压力宜控制在0.3MPa～0.5MPa。
5. 结语
2013年5月31日，左线盾构掘进至353环，盾构机已完全通过河道水面，经监测龙王港河堤无明显沉降变形情况，未发生河堤损坏、涌水及冒顶现象。因此，针对盾构下穿浅覆土河道的施工，通过在理论计算的基础上合理调整土仓压力、控制掘进速度、观测出土量变化等措施来优化掘进参数，并加强同步注浆及二次注浆质量管控、合理调整浆液配合比等手段进行预控，可有效确保盾构机安全稳定通过此段地层。对于同条件工程具有一定的指导意义。
关键词：盾构施工 下穿 浅覆土沉降监测 土仓压力同步注浆
中图分类号：TV76文献标识码：A
工程概况
长沙大河西先导区雷梅片区地下配套交通一期工程，位于长沙市岳麓区梅溪湖片区。区间采用土压平衡盾构机进行施工，均采用了中国铁建重工生产的ZTE6250型复合式土压平衡盾构机（直径6250mm）。
文化艺术中心站~梅溪湖东站区间，左线全长874.512米，共计583环。右线全长891.18米，共计594环。左线307环～364环、右线310环～367环下穿新建龙王港河道，两盾构区间净间距7.62米，下穿河道段最浅覆土深度为4.19m（盾构机直径为6.25m），覆土为强风化板岩，经实测盾构下穿时水深约2米，水面宽近40米。由于覆土厚度小于一倍洞径，对于盾构下穿这种浅覆土河道施工风险较大，如果施工措施控制不当，极易产生河床坍塌或涌水现象，甚至出现盾构机被水淹没而报废的重大事故及经济损失。
本区间穿越段左线地质情况如下图2所示：
图2穿越河道段地质纵断面图
盾构区间与龙王港河道成51°角斜穿，穿越段现场照片见图3所示。
图3文～梅区间下穿龙王港河道现场照片
盾构掘进施工中，控制地表沉降成为施工控制的重点，反映到盾构掘进参数中，重点是控制土仓压力。
2 .理论土仓压力计算
结合地质勘探情况，对盾构掘进土仓压力进行理论计算和初步判断，再通过进入河床前的地表沉降监测情况，进行参数调整。
理论土压力
式中为水的容重，取9.8kN/m3；为水深，取2.0m；为土层容重，取21.5 kN/m3；为覆土深度，取4.19m。
= 1-sin30°= 1-0.5 = 0.5
P=（9.8×2.0+0.5×21.5×4.19）×10-3=0.06MPa
由此可知，计算理论土仓压力为0.6bar。
3 .掘进参数调整
3.1地表监测布置情况
在临近水面处加密地表沉降监测点，具体布点情况如图4所示。
根据规范要求，地表沉降报警值为24mm，警戒值为30mm。
图4加密布点情况
3.2沉降监测情况及土仓压力调整
盾构掘进主要参数初步拟定为土仓压力0.6bar，推进速度3～5cm/min，刀盘转速为2转/分钟，同步注浆压力≤0.3MPa。
2013年5月24日，盾构机按理论土仓压力0.6bar推进至300～303环，地表沉降监测情况见表1所示。
表1地表沉降监测数据表（5月24日）
观测日期 2013/5/24上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 9.81 9.810 7.05 300环
BP-#07-2 5.36 5.360 6.15
BP-#07-3 9.54 9.540 11.41
BP-#08-1 14.86 14.860 10.94 303环
BP-#09-1 6.32 6.320 2.14 305环
BP-#10-1 8.25 8.250 7.84 307环
BP-#11-1 3.94 3.940 4.66 309环
通过监测数据显示，地表沉降数值偏大，需对其进行调整。根据实际情况，将土仓压力调整至0.8bar进行掘进。
2013年5月25日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至303～305环，地表沉降监测情况见表2所示。
表2地表沉降监测数据表（5月25日）
观测日期 2013/5/25上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 0.89 0.890 7.94 300环
BP-#07-2 -2.56 -2.560 3.59
BP-#07-3 -3.18 -3.180 8.23
BP-#08-1 -5.80 -5.800 5.14 303环
BP-#09-1 -3.16 -3.160 -1.02 305环
BP-#10-1 -8.19 -8.190 -0.35 307环
BP-#11-1 -5.72 -5.720 -1.06 309环
根据监测数据显示，各测点数据基本都有回升，根据此参数继续进行掘进。
2013年5月26日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至305～307环，地表沉降监测情况见表3所示。
表3地表沉降监测数据表（5月26日）
观测日期 2013/5/26上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 1.14 1.140 9.08 300环
BP-#07-2 3.15 3.150 6.74
BP-#07-3 4.47 4.470 12.70
BP-#08-1 -1.58 -1.580 3.56 303环
BP-#09-1 4.40 4.400 3.38 305环
BP-#10-1 2.27 2.270 1.92 307环
BP-#11-1 2.31 2.310 1.25 309环
根据监测数据显示，各测点沉降情况基本稳定，可继续按此土仓压力继续推进，总结参数。
2013年5月27日，盾构机按土仓压力0.8bar推进至307～309环，地表沉降监测情况见表4所示。
表4地表沉降监测数据表（5月27日）
观测日期 2013/5/27上午9点
点名 本次沉降(mm) 沉降速率（mm/d） 累积沉降量(mm) 备注
BP-#07-1 1.85 1.850 10.93 300环
BP-#07-2 2.13 2.130 8.87
BP-#07-3 -1.70 -1.700 11.00
BP-#08-1 1.62 1.620 5.18 303环
BP-#09-1 1.36 1.360 4.74 305环
BP-#10-1 0.92 0.920 2.84 307环
BP-#11-1 0.41 0.410 1.66 309环
日
沉
降量变化曲线图见图5所示：
图5日沉降量变化曲线图
根据监测数据及日沉降量变化曲线图显示，区间盾构按上述参数掘进能有效控制沉降，确保施工安全，掘进参数表见表5所示。
表5文～梅盾构区间穿越龙王港河道掘進参数控制表
4. 施工技术措施
4.1缩短同步注浆初凝时间
盾构掘进穿越河道时，应缩短同步注浆浆液的初凝时间，减小地表沉降量。同步注浆配合比初凝时间通过适当增加水泥用量的方式来调整，经试验验证，同步注浆浆液初凝时间缩短至5小时左右。
4.2加强同步注浆及二次注浆管理
根据理论计算及地层实际情况，同步注浆量一般不小于6m3，注浆压力≤0.3MPa。如发生漏浆现象，油脂泵立即补充油脂，二次注浆压力宜控制在0.3MPa～0.5MPa。
5. 结语
2013年5月31日，左线盾构掘进至353环，盾构机已完全通过河道水面，经监测龙王港河堤无明显沉降变形情况，未发生河堤损坏、涌水及冒顶现象。因此，针对盾构下穿浅覆土河道的施工，通过在理论计算的基础上合理调整土仓压力、控制掘进速度、观测出土量变化等措施来优化掘进参数，并加强同步注浆及二次注浆质量管控、合理调整浆液配合比等手段进行预控，可有效确保盾构机安全稳定通过此段地层。对于同条件工程具有一定的指导意义。