1 引言
近年来，随着我国城市轨道交通建设的快速发展，地铁隧道的数量与规模日益增长[1]，城市地铁隧道的修建将不可避免地穿越建（构）筑物或河流。当盾构隧道在上覆土层较浅时下穿河流，由于施工造成的土体扰动[2]，容易引起河床冒顶和管片上浮等诸多问题，给地层沉降控制和施工风险控制带来了巨大挑战。
目前，不少学者针对盾构隧道下穿河流施工控制技术开展了研究。李自力等[3]依托常州轨道交通２号线下穿越京杭运河区段工程，分析了注浆压力及注浆量对隧道整体结构位移、驳岸挡土墙变形及受力和地表沉降的影响。王伟等[4]对盾构下穿河流方案进行研究与优化，总结出一套关于土压平衡式盾构下穿河流的施工技术。李明华等[5]对盾构下穿桥梁及河流时拆桥重建、改线避绕和基础托换三种方案的优缺点进行对比分析。高永涛等[6]依托苏州地铁6号线双线盾构隧道下穿外城河工程，通过数值模拟与现场监测对地表变形进行研究，分析了不同注浆参数对地表变形的影响。梁孝等[7]以杭州地铁5号线盾构施工工程为背景，通过模糊综合评价和BP神经网络方法确定风险指标变形值与风险因素的对应关系，建立了盾构隧道下穿河流的风险评价体系。
根据上述文献可知，既有研究主要针对注浆参数优化、施工方案比选及风险评估三个方面，而对盾构下穿河流施工控制技术研究较少。因此，本文依托成都轨道交通13号线净居寺站～四川师大站区间盾构下穿沙河工程，对土压平衡盾构在下穿河流的控制技术开展研究，相关研究成果可为类似工程施工提供参考依据。
2 工程概况
2.1 工程简介
成都轨道交通13号线净居寺站～四川师大站区间盾构穿越沙河段左线隧道长约55.5m，右线隧道长约约58.1 m，隧道顶部距河床最小埋深约4.4 m，河水深度为2~6 m，隧道与河堤竖向最小距离为2.3 m。本区间盾构隧道管片外径为8.3 m，内径为7.5 m，管片幅宽1.5 m，采用土压平衡盾构施工。
该区段地层从上至下依次为人工填土、卵石土、强风化泥岩和中风化泥岩。该穿越区段地层主要为卵石土与泥岩的复合地层。
2.2 施工难点分析
该下穿区段主要存在以下施工难点：
(1)河床冒顶：在隧道顶部覆土层较浅的条件下，土压力设置过低或掘进出渣超方均可能会造成掌子面失稳坍塌；误操作或设备故障导致土仓压力在短时间内大幅波动，长时间停机时土仓压力损失大，易导致掌子面失稳冒顶；河床被击穿，渣土改良材料渗入河道造成水体污染等。
(2)管片上浮：下穿河流段上层覆土为透水层，含水量丰富，河水流量大，且隧道自身直径大，拱顶覆土浅，管片上浮量大易造成结构破损开裂，隧道存在透水风险。
(3)螺旋机喷涌：隧道顶部卵石土属于透水地层，且与沙河存在水力联系，渣土改良控制不当易造成螺旋机喷涌、透水风险。
(4)驳岸保护：驳岸是整个防洪体系的重要组成部分，其抗洪能力直接关乎堤防保护范围内人民生命财产安全。因此，盾构穿越沙河驳岸时，如何控制施工减少对驳岸的扰动，确保驳岸的安全至关重要。
3 下穿河流施工控制技术
3.1 河床预加固施工
如图1所示，在抗浮板基坑未开挖前，对河道范围内土体进行地面袖阀管注浆加固，加固范围为抗浮板底部至隧道拱腰，注浆浆液采用单液浆。
图1 河床加固横断面图
对下穿河堤底部与隧道顶之间土层进行地面袖阀管注浆；对压板以上至原河床以下范围进行回填处理，回填土分层回填压实，且每层厚度不大于30 cm，压实系数不小于0.93。
预注浆材料采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，注浆管采用直径为56 mm的PVC袖阀管，采用套管跟进钻孔工艺保证成孔质量，孔间距为1.0 m×1.0 m；注浆压力控制在0.5~1.5 MPa，注浆完成后采用钻孔取芯法检测加固质量，无侧限抗压强度应控制在0.8~1.0 MPa范围内。
3.2 PVC防水帆布铺设
本区间从净居寺大里程端始发，距离沙河较近，为确保盾构顺利始发，需设PVC防水帆布以阻止始发端头与沙河水力联系。
针对布设在压板范围内的帆布，待压板施作完毕后，将河床回填至现状河床以下0.25 m时铺设，最后再回填至现状河床标高。针对未在压板范围的帆布，清淤0.25 m后铺设，后回填C20混凝土。帆布搭接以接缝不渗水为原则，帆布呈L型铺设，其中2.5 m贴于河堤铺设，13.5 m铺设于河底，如图2所示。
图2 PVC防水帆布铺设剖面图
3.3 抗拔桩及抗浮压板施工
为提高盾构隧道整体抗浮能力，在盾构掘进通过沙河段前施作抗浮压板+抗拔桩体系。其中，抗浮压板采用C35、P8钢筋混凝土，厚0.8m；抗拔桩直径为1 m，旋挖成孔，同样采用C35、P8钢筋混凝土，抗拔桩间距为5 m，桩底距隧道底部约5 m。抗浮体系横断面图如图3所示。
图3 抗浮体系横断面图
3.4 沙河围堰导流
为进一步确保下穿沙河的施工安全，防止出现河底击穿引起的河水倒灌及渣土改良材料渗入河道造成的水体污染等问题，在盾构下穿沙河期间采用分幅导流围堰隔水施工[8]，确保盾构掘进时上方河床内无水。
围堰从河道上游开始施工，砂袋间空隙辅以黄黏土填实，填至设计标高后在迎水面施作止水薄膜，抗浮压板范围内上下游均需施工砂包围堰，上游砂包围堰尺寸为顶宽4 m，底宽8 m，高2.5 m，总宽49 m；下游砂包围堰尺寸为顶宽4 m，底宽8 m，高2 m，总宽53 m。
3.5 盾构掘进参数控制
(1)土仓压力：在盾构通过河岸施工过程中，由于上覆土厚度突变，因此掌子面压力也会突变，需分阶段计算不同覆土埋深下的土仓压力，根据盾构切口掌子面埋深动态调整，确保掌子面压力始终处于平衡状态。
(2)出渣量：根据成都地区卵石土及泥岩地层掘进经验，松散系数一般取1.5~1.6，本区间开挖直径为8634 mm，环宽为1500 mm，则一环出渣量控制在131.7~140.5 m3。为确保出渣量控制准确，采取重量和体积双控制指标，重量采用高精度门吊轨道称重系统，精度控制在5‰以内，体积采用标准渣斗车计算，每个渣车体积为18 m3。
(3)渣土改良：复合地层采用泡沫改良为主，每环的泡沫注入量原液约为220～240 L，膨胀率为8~12。根据出渣情况灵活加水，如渣土较干、刀盘扭矩大或螺旋机出土不顺畅时，可配合中心加水和径向加水对渣土进行改良，一般加水为15～20 m3/环。
(4)同步注浆：根据试掘进区段参数总结，在复合地层中同步注浆量按110%～130%控制，即每环注浆量控制在7.3 m3～8.6 m3。同步注浆材料由A液与B液按20：1的体积比混合而成，其中A液与B液的材料配比如表1所示。
表1 同步注浆材料配比表（kg/m3）
(5)二次注浆：注浆量为每环注入1 m3（可根据现场情况适当调整），以现场注浆压力控制为主，注浆压力不超过0.3MPa。二次注浆浆液采用水泥、水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃体积比为1：1。
(6)中盾加泥：中盾加泥系统已成为盾构法施工的一个重要组成部分，良好的中盾加泥材料不仅能起到阻隔盾尾后方水源进入掌子面的作用，还能及时填充开挖后的地层间隙从而减小地表沉降，对保障施工安全和提高施工进度都有着关键性的作用。该区段采用的中盾加泥配比为钠基膨润土：水=1:4（质量比）、膨润土浆液：聚合物=2000：1（体积比）。
4 监测结果分析
区间左右线下穿沙河段共计历时13天，沙河两岸河堤6个监测点，编号为HD1-1至HD1-6，在盾构下穿河流期间，沙河驳岸及河床累计沉降变形＜6mm，管片上浮可控，隧道轴线偏差满足要求，无破损、渗漏水，且未对河流造成任何不良影响。
5 结论
本文依托成都轨道交通13号线盾构隧道下穿沙河工程，对浅埋盾构隧道在复合地层条件下穿越河流的施工控制技术开展研究，并对施工期间的现场监测结果进行分析，得出的主要结论如下。
(1)在盾构隧道下穿河流前，宜采取河床预加固、抗浮压板和抗拔桩施作、PVC防水帆布铺设等工程措施。
(2)在盾构隧道下穿河流时，宜采取围堰导流的工程措施，优化土仓压力、出渣量、渣土改良、同步注浆、二次注浆及中盾加泥等掘进关键参数。
(3)采取合理的施工控制技术后，可有效地控制河堤位移，确保沉降可控、施工安全。
参考文献
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[3]李自力,潘青,曹志勇,等. 盾构长距离下穿越河流数值模拟及施工参数优化设计研究[J]. 现代隧道技术, 2020, 57(S1): 442-449.
[4]王伟,辛振省,彭加强. 土压平衡式盾构下穿河流施工技术研究[J]. 铁道标准设计, 2011, (04): 92-94.
[5]李明华,张娟. 盾构下穿桥梁及河流关键技术方案[J]. 铁道建筑, 2015, (07): 54-57.
[6]高永涛,张鑫磊,李建旺,等. 粉质黏土地层盾构隧道下穿河流地表变形研究[J]. 矿业研究与开发, 2022, 42(06): 79-84.
[7]梁孝,漆泰岳,陈鹏涛,等. 下穿河流盾构隧道的风险评价体系研究[J]. 铁道建筑, 2020, 60(08): 64-68.
[8]谷永赛. 盾构下穿河流浅覆土施工围堰及导流方案[J]. 建筑技术开发, 2019, 46(07): 12-13.
