富水砂礫卵石地層泥水盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

摘 要：該文主要介紹了富水砂礫卵石地層泥水平衡盾構(gòu)采用端頭降水、延長(zhǎng)洞門(mén)、直接切削豎井維護(hù)結(jié)構(gòu)的玻璃纖維筋樁始發(fā)掘進(jìn)的施工技術(shù)，希望能夠?yàn)橐院箢?lèi)似施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：泥水盾構(gòu) 富水砂礫卵石地層 始發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（c）-0020-02

1 工程概況

某盾構(gòu)隧道穿越地層主要為卵石地層，飽和，中密為主，含薄層細(xì)砂，卵石主要成份為花崗巖、閃長(zhǎng)巖和石英巖，以亞圓形為主，分選性好。直徑20～200 mm卵石含量約占55%～80%，粒徑一般以30～70 mm為主，部分粒徑80～120 mm，含少量漂石，最大粒徑達(dá)670 mm，卵石以弱風(fēng)化為主。充填物以砂、中砂為主，含量約10%～35%。

1.1 始發(fā)段地質(zhì)

始發(fā)隧道穿越地層從上向下為1.9 m細(xì)砂層、1.4 m稍密卵石層、2.3 m密實(shí)卵石層以及0.4 m粉砂層。始發(fā)線路位于曲線為R=3000 m的上坡，平面直線，埋深7.7 m。

1.2 水文地質(zhì)

本工程地下水主要為第四系松散堆積砂礫卵石層孔隙潛水，富水性較好，透水性強(qiáng)，且潛水具有交替循環(huán)強(qiáng)烈，水位恢復(fù)迅速的特點(diǎn)。地下水位3.8～6.8 m，豐水期地下水位正常埋深約3 m，歷史最高水位2 m，水位年變幅約為1～2.5 m。

1.3 始發(fā)段情況

盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200@1400人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁為圍護(hù)結(jié)構(gòu)；盾構(gòu)隧道開(kāi)挖范圍內(nèi)的5根圍護(hù)樁樁體采用Φ25 mm的玻璃纖維筋代替鋼筋。

2 泥水盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

2.1 盾構(gòu)始發(fā)概述

一般的盾構(gòu)始發(fā)主要內(nèi)容包括：端頭加固、安裝盾構(gòu)機(jī)始發(fā)基座、盾構(gòu)機(jī)就位、組裝、洞門(mén)鑿除及洞門(mén)延伸、安裝洞門(mén)密封簾布橡膠板、安裝反力架、拼裝負(fù)環(huán)管片、盾構(gòu)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，盾構(gòu)機(jī)加壓貫入作業(yè)面和試掘進(jìn)等。

2.2 泥水盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)概述

在富水卵石地層中采用泥水盾構(gòu)施工，該地層在失水的情況下有很好的骨架效應(yīng)，穩(wěn)定性好，結(jié)合維護(hù)井玻璃纖維筋的可切削性，綜合考慮了泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn)必須要密閉保壓才能出碴的施工特性，特制定以下輔助始發(fā)方案：端頭降水、地面混凝土保壓蓋板、延長(zhǎng)洞門(mén)保壓直接切削玻璃纖維筋樁掘進(jìn)的始發(fā)施工技術(shù)。

2.2.1 端頭降水

根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境以及車(chē)站開(kāi)挖后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，始發(fā)前對(duì)端頭進(jìn)行降水固結(jié)土體，降水深度為隧道以下1米，降水后利用觀測(cè)井觀察降水效果。根據(jù)計(jì)算，端頭降水采用2口降水井。

2.2.2 地面混凝土保壓板

本標(biāo)段的盾構(gòu)隧道埋深不足8 m，且要在開(kāi)始施工時(shí)就要保壓掘進(jìn)，始發(fā)段地層比較差，結(jié)合盾構(gòu)組裝的需要，將盾構(gòu)始發(fā)段的地面采用厚200 mm，Φ20 mm@200×200 mm的雙層鋼筋網(wǎng)混凝土，面積25 m寬×12 m長(zhǎng)。

2.2.3 延長(zhǎng)洞門(mén)及洞門(mén)密封

泥水盾構(gòu)始發(fā)必須建立起泥水壓力平衡，盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)全部及前體的一部分進(jìn)入安裝的洞門(mén)密封中，而預(yù)留洞門(mén)長(zhǎng)度不夠，因此在混凝土洞門(mén)外加鋼洞門(mén)環(huán)，即延長(zhǎng)洞門(mén)，確保盾構(gòu)機(jī)泥水壓力建立順利始發(fā)。延長(zhǎng)洞門(mén)為兩道特制的盾尾密封刷和一道普通的簾布橡膠板焊接在10 mm厚卷制的圓形鋼板。

根據(jù)延長(zhǎng)洞門(mén)長(zhǎng)度（700 mm）、刀盤(pán)厚度（800 mm）、豎井主體結(jié)構(gòu)體的厚度（800 mm）、延長(zhǎng)洞門(mén)內(nèi)的盾尾刷及簾布橡膠板壓倒后的長(zhǎng)度等，綜合考慮一定的余量后，為確保盾構(gòu)始發(fā)施工的安全，順利建立起泥水壓力，需要人工鑿除部分洞門(mén)，鑿除長(zhǎng)度不小于500 mm。

2.2.4 始發(fā)基座安裝

盾構(gòu)機(jī)組裝前，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線、洞門(mén)位置及盾構(gòu)機(jī)的尺寸，反推出始發(fā)基座的空間位置?；跞刖露ㄎ患庸探Y(jié)實(shí)，軌道按實(shí)測(cè)洞門(mén)中心居中放置。

2.2.5 盾構(gòu)機(jī)組裝、調(diào)試

盾構(gòu)機(jī)組裝順序?yàn)椋?號(hào)拖車(chē)→3號(hào)拖車(chē)→2號(hào)拖車(chē)→1號(hào)拖車(chē)→連接橋→中體→前體→刀盤(pán)→管片安裝機(jī)→盾尾。

盾構(gòu)機(jī)組裝完成后需要調(diào)試，空載調(diào)試主要是檢查設(shè)備是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。注意調(diào)試泥水分離系統(tǒng)的各種設(shè)備及控制是否正常。

2.2.6 反力架安裝

反力架是提供盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)所需的反力，因此反力架須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)的洞門(mén)長(zhǎng)度700 mm，車(chē)站端墻為800 mm厚以及7環(huán)負(fù)環(huán)管片為和1環(huán)0環(huán)管片，確定反力架前端中心里程。

2.2.7 負(fù)環(huán)管片安裝

在安裝第一環(huán)負(fù)環(huán)管片時(shí)，首先在盾構(gòu)機(jī)盾尾盾殼下半圓內(nèi)部安設(shè)4～8根厚度75 mm，寬度50 mm，長(zhǎng)度2000 mm的硬質(zhì)方鋼，等盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始推進(jìn)有反力時(shí)，將其拆除。

負(fù)環(huán)管片采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)并錯(cuò)縫拼裝以防止管片失圓，-7環(huán)管片封頂塊位置定為11：00（封頂塊向左偏移18°）。-7～-1環(huán)管片只粘貼丁腈軟木橡膠板和軟木襯墊，從0環(huán)開(kāi)始正常使用防水材料。

2.2.8 盾構(gòu)正式掘進(jìn)

（1）盾構(gòu)機(jī)負(fù)載調(diào)試

盾構(gòu)機(jī)正式推進(jìn)前需要進(jìn)行負(fù)載調(diào)試，以檢查盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達(dá)到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。

（2）泥水壓力設(shè)定

設(shè)定泥水壓P=土壓（含水壓）P0+加壓+余裕壓

根據(jù)計(jì)算，初步設(shè)定泥水壓力為0.12 MPa；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體施工情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）泥漿性能

泥水配比：膨潤(rùn)土：CMC：純堿：水=28：0.27：1.8：100；上述配比為指導(dǎo)性配比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體施工情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

泥漿的比重控制在1.12±0.05 kg/m3；漏斗粘度ν=25～35sec；析水率XS<5%；PH值約為9；失水量為17.4ML。

（4）推進(jìn)速度

始發(fā)時(shí)推進(jìn)速度控制在20 mm/min以?xún)?nèi)，在盾構(gòu)機(jī)脫離盾構(gòu)井端頭區(qū)后可逐步提高到40 mm/min以?xún)?nèi)。

（5）推進(jìn)控制

盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線不大于±50 mm，地面隆陷控制在+10 mm～-30 mm。

在始發(fā)掘進(jìn)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的各組油缸壓力不大于50 bar，盾構(gòu)機(jī)總推力小于1200T，刀盤(pán)扭矩小于90 bar。

（6）同步注漿

①注漿壓力一般控制在2～3 bar。

②注漿量

理論注漿量：V=π×[（6.28÷2）×2-（6÷2）×2]×1.5=4.05 m3；

實(shí)際的注漿量為理論建筑空隙的130%～180%，即為5.26～7.29 m3。

在同步注漿的過(guò)程中，設(shè)定額定的注漿壓力，當(dāng)注漿過(guò)程中注漿壓力達(dá)到設(shè)定值或注漿量達(dá)到理論注漿量的85%以上時(shí)，即可認(rèn)為同步注漿完成。

③注漿材料

采用水泥、粉煤灰、砂子、膨潤(rùn)土按一定比例配成漿液作為同步注漿材料，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況調(diào)整配合比和注漿壓力。

④同步注漿方法

同步注漿與盾構(gòu)掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成的同時(shí)進(jìn)行，采用雙泵四管路（四注入點(diǎn)）對(duì)稱(chēng)同時(shí)注漿。

（7）二次注漿

施工時(shí)根據(jù)地表沉降監(jiān)測(cè)反饋信息，結(jié)合洞內(nèi)采用其他手段探測(cè)管片襯砌背后有無(wú)空洞的方法，綜合判斷是否需要進(jìn)行二次注漿。

①注漿材料、漿液配比及性能

二次注漿采用水泥水玻璃雙液漿，能對(duì)同步注漿起到進(jìn)一步補(bǔ)充和加強(qiáng)作用。同時(shí)也是對(duì)管片周?chē)牡貙悠鸬匠涮詈图庸套饔谩?/p>

②注漿壓力

二次注漿壓力一般控制在0.2～0.4 Mpa。

③注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

二次注漿一般情況下則以壓力控制，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力則結(jié)束注漿，視注漿效果可再次進(jìn)行注漿。

（8）始發(fā)階段出渣及材料運(yùn)輸

始發(fā)階段預(yù)留孔洞作為管片、材料上下的通道，垂直運(yùn)輸采用16T門(mén)吊進(jìn)行；水平運(yùn)輸采用電瓶車(chē)牽引一節(jié)7立方的砂漿車(chē)和兩節(jié)多功能軌道平板車(chē)進(jìn)行，渣土采用兩根Φ300 mm的管路輸送，然后采用泥水分離站對(duì)高密度泥漿分離，分離出來(lái)的泥漿循環(huán)重復(fù)利用。

（9）盾構(gòu)隧道管線布置

隧道右方燈架，照明電纜、電話線路和照明燈具固定在上面，動(dòng)力電纜布置在燈架下方，5根Φ100的管路在下方，排污管路（1根）、循環(huán)水管（2根）、高壓風(fēng)管（2根），每隔3米用吊架固定。隧道左方布置進(jìn)排泥水管路、人行通道等，其中進(jìn)排泥水管采用Φ300 mm的耐磨鋼管，人行踏板采用0.45×3 m的防滑踏板；在隧道的線路左側(cè)布置著1000 mm拉鏈?zhǔn)椒纪L(fēng)管，每隔3米用吊架固定在隧道的正上方。

（10）其他

循環(huán)水池布置在地鐵車(chē)站最底層兩條隧道中間兩排構(gòu)造柱之間的空地中；隧道內(nèi)和地面的廢水在地面經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀達(dá)標(biāo)后直接排放。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程采用端頭降水、混凝土抗壓板、延長(zhǎng)洞門(mén)直接切削玻璃纖維筋樁成功始發(fā)，取得了一些的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

（1）由于盾構(gòu)在始發(fā)臺(tái)上不能調(diào)向，且始發(fā)后盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)“扣頭”，所以盾構(gòu)始發(fā)臺(tái)在定位時(shí)要比隧道軸線高20 mm。

（2）由于隧道范圍內(nèi)的維護(hù)樁在施工過(guò)程中有鋼筋進(jìn)入了隧道范圍，導(dǎo)致鋼筋與卵石絞裹在一起堵塞了排碴口，以后施工要嚴(yán)格控制玻璃纖維筋和鋼筋的使用范圍。

（3）延長(zhǎng)洞門(mén)可以考慮長(zhǎng)度加長(zhǎng)到1200 mm左右，這樣就不需要人工鑿出部分洞門(mén)，但是對(duì)鋼板的要求就比較高，密封油脂消耗的數(shù)量將增加。

（4）砂卵石地層滲透性大，地層密實(shí)度不均，難以保持泥水壓力的平衡；理論計(jì)算泥水壓力在1.8bar時(shí)可以實(shí)現(xiàn)水土壓力平衡，而實(shí)際掘進(jìn)中有時(shí)泥水壓力在0.8bar左右地面就開(kāi)始冒漿。

（5）泥水盾構(gòu)直接切削玻璃纖維筋時(shí)，掘削的玻璃纖維筋碎屑漂浮在泥漿上方聚集在出漿泵口堵塞出漿泵，通過(guò)定期的反循環(huán)沖洗出漿泵，順利的將其輸送走。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50446-2008.盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]張鳳詳，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]楊紅軍.玻璃纖維筋在盾構(gòu)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2008（6）.

[4]楊書(shū)江.成都地鐵火車(chē)南站-省體育館站區(qū)間隧道始發(fā)段泥水盾構(gòu)施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2007（6）.

[5]竺維彬，鞠世健.復(fù)合地層中盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2006（4）.