1 引言
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
2 工程实例
2.1 工程地质条件
该线路起自城际联络线一期工程终点（京冀省界），向南下钻永定河后出地面，并行在建京雄城际东侧，跨廊涿高速公路后左右线分开，廊涿右线下钻京雄城际，引入固安东站，出站后与天津至北京大兴国际机场铁路衔接。该地段地层稳定性差、地下水丰富，为安全、快速地完成施工任务，同时最大限度减少对北京永定河及周边生态环境的影响，经多方论证后，最终采用大直径盾构掘进的方式下穿永定河。
盾构施工安全性与土体含水率及透水性能直接相连，特别是穿越含水河槽段，有无水文联系是工程安全控制的要点，本区段穿越地层及上覆地层以弱透水及微透水地层为主，施工安全可控。
2.2设备选型
盾构机选型
针对不同地质，盾构机的选择便显得尤为重要。津兴铁路盾构下穿永定河段工程采用一台铁建重工ZTE12720复合式土压盾构机，该盾构机的特点是可以向土仓及开挖面内加注各种添加剂，改良土质，保证盾构机安全、平稳推进；螺旋机设计有双闸门系统和应急闸门系统，能够有效防止因下穿永河段地层含水量大造成出渣喷涌现象；拥有自动导向测量系统，能够方便、直观、精准的控制盾构掘进姿态，具有自动控制的同步注浆系统，满足及时填充地层间隙的性能指标，配备二次注浆系统，能与同步注浆系统同步施工，具有先进的功能特性。除盾构机、刀盘、螺旋输送机、密封系统外，针对工程概况，注浆系统、泡沫系统也需要合理选用。
图1 土压平衡盾构机
3 施工关键性技术
3.1土仓压力值P的设定
土舱压力用于平衡开挖面的水土压力，维持开挖面的稳定，保证盾构安全顺利掘进。土仓压力随着隧道的覆土深度、河面水位的变化而变化，因而，通过土仓压力控制开挖面稳定是一种动态的管理，掘进时，必须对开挖面的土压力进行严格监控。根据土压力计算公式进行计算：
P上=P1＋P2＋P3
=γW·h＋K0·[(γ-γW)·h+γ·(H-h)]＋20
P上：土舱压力上限值(kPa)；
P1：地下水压力(kPa)；
P2：静止土压力(kPa)；
P3：预备土压力，取20 kPa；（由于施工存在许多不可遇见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验，在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时，通常在理论计算的基础之上再考虑10～20kg/m2（0.1～0.2kgf/cm2）的压力作为预备压力。）
γW：水的溶重(kN/m³)；水的溶重γW=10kN/m³
h：地下水位以下的隧道埋深 (m)；
K0：静止土压力系数，黏性土取0.5，砂性土取0.4；
γ：土的溶重 (kN/m³)；
H：隧道埋深。
盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时，根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。
3.2掘进速度控制与姿态控制
（1）过河掘进速度控制
盾构过河虽然以快速通过为原则，但并非盲目地加快速度掘进。
土压盾构掘进速度除取决于自身的掘进能力（总推力与扭矩）外，还与管片壁后注浆能力有关，如若管片壁后注浆能力跟不上盾构掘进的速度，则管片壁后注浆量不足，隧道质量难以保证；因此，掘进速度必须在确保注浆质量的前提下逐渐加快。在过河段，以确保开挖面稳定为原则，提倡盾构机均速前进。
（2）盾构姿态控制
盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于±50mm，在盾构掘进机上安装全自动测量控制系统。同时采用人工测量复核，以确保掘进方向的准确；下穿永定河段，尽可能使盾构匀速通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数；每次的纠偏量不能过大，最大不超过5mm/环。要做到随偏随纠、勤纠小纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构对地面的影响。
3.3二次注浆管理及控制
根据风险工程等级、管片姿态等进行二次补浆，补浆位置一般为管片两侧上半圆范围，在盾尾后6~8环开始。根据风险源等级选择补浆频率。一般情况选用水泥—水玻璃双液浆，双液浆配合比：水泥浆水灰比1：1，水泥浆和水玻璃比例1∶1，靠管线等位置选用单液浆。
盾构施工中还将通过隧道上方地表沉降的速率来严密控制补浆的时间和位置，如果监测中地表某一监测点的沉降速率大于2mm/d，则立即对监测点对应的地下隧道管片两侧各5环的管片进行补浆处理，注浆量以注浆压力达到0.35MPa~0.45MPa为控制值。补浆24小时进行一次，直到附近几环管片对应的地表监测点沉降速率小于1mm/周。
3.4深孔注浆管理及控制
在盾构下（侧）穿风险点地段时，利用管片上预留的注浆孔，向管片背后的地层中钻孔并插入注浆管进行深孔注浆，即二次深孔加强注浆，.深孔注浆点位见图3.2所示。根据隧道与河堤的位置关系，确定部位的注浆深度。注浆管采用直径25mm的袖阀管，壁厚3.5mm；注浆材料采用水泥浆及水玻璃，水泥浆、水玻璃比例为1:1。
下穿永定河北大堤段盾构施工完成后，利用管片上预留的注浆孔向地层打孔，向隧道周边地层压注水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆液，浆液中添加补偿收缩的膨胀剂，补偿地层损失，控制地层后期沉降。
图2 深孔注浆点位示意图
4 结论
本文在目前普遍采用的穿河施工基础上，通过具体分析津兴铁路盾构下穿永定河工程在盾构隧道下穿河道时，工程实践表明：
①针对盾构掘进，为控制施工风险，应慎重选择盾构机配置，防止盾构施工中，由于机器配置原因造成的停机及安全事故。
②针对土压平衡盾构机，通过控制螺旋输送机出渣量等参数，进而控制土压、稳定土压是盾构平衡、平稳掘进的关键。
③在对已经形成渗漏水的情况下，可采用二次注浆及深孔注浆的方式形成止水环，以保证施工安全。
参考文献
[1] 谭斌.土压平衡盾构隧道地表沉降研究[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2023,25(02):23-27.
[2] 石晓阳,郭子琦,夏明,黄志,徐毅勇,张志强.复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数[J].科学技术与工程,2023,23(09):3956-3965.
