盾構(gòu)隧道水中進(jìn)洞施工技術(shù)

王 松 王 勇

(1.常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇常州 213000;2.江蘇潤港工程集團(tuán)有限公司，江蘇無錫 214000)

目前，隨著地鐵施工越來越普遍，遇到的地層和環(huán)境條件也越來越復(fù)雜，且盾構(gòu)隧道的直徑和埋深也向著不斷加大的趨勢(shì)發(fā)展。地鐵盾構(gòu)施工中對(duì)輔助工法的依賴性越來越大，很多工程已經(jīng)到了沒有輔助工法就不能進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)施工的狀況。水中進(jìn)洞工法能降低盾構(gòu)到達(dá)階段的施工風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)水中進(jìn)洞施工技術(shù)進(jìn)行了分析，以便相關(guān)人員在實(shí)踐中參考。

1 施工原理

盾構(gòu)水中進(jìn)洞是指為防止或控制盾構(gòu)到達(dá)過程中地下水土從開放的洞圈中大量涌出而發(fā)生工程險(xiǎn)情，利用到達(dá)井內(nèi)外水土壓力平衡可控制滲透的機(jī)理，主動(dòng)將盾構(gòu)到達(dá)井用水土回填，而后在水土壓力平衡情況下再將盾構(gòu)安全推入到達(dá)井的施工工藝。

2 水中進(jìn)洞施工技術(shù)在工程中的實(shí)例

南京地鐵新浦路車站位于長江邊緣，車站兩側(cè)土體為軟弱富水地層，盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入新浦路車站時(shí)容易出現(xiàn)涌水涌砂安全事故。在盾構(gòu)區(qū)間到達(dá)施工中，為避免出現(xiàn)施工險(xiǎn)情，盾構(gòu)機(jī)采用水中進(jìn)洞的方式進(jìn)入新浦路車站。

1)擋墻制作。盾構(gòu)到達(dá)井擋墻的作用是將盾構(gòu)到達(dá)井與車站主體結(jié)構(gòu)及其他隧道等隔離開來，使之成為獨(dú)立于車站的一部分。新浦路站盾構(gòu)接收井平面圖見圖1。擋墻必須滿足以下要求:a.擋墻必須能夠抵擋盾構(gòu)井內(nèi)回填水土及盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中共同產(chǎn)生的巨大壓力;b.到達(dá)空間相對(duì)是一個(gè)封閉體，無其他與之連通的結(jié)構(gòu)，避免土方回填和水回灌時(shí)漏水漏泥;c.擋墻設(shè)計(jì)及施工時(shí)盡量結(jié)合車站原有結(jié)構(gòu)，保證車站原有結(jié)構(gòu)不被破壞;d.為滿足盾構(gòu)方動(dòng)水中接收要求，接收井中隔墻及臨時(shí)擋墻設(shè)計(jì)采用800 mm厚的鋼筋混凝土墻，設(shè)計(jì)臨時(shí)擋墻水平推力不大于12 000 kN。

2)水土回填。水土回填前在接收井中設(shè)置兩個(gè)土壓力計(jì)，一個(gè)設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀盤中心延長線上擋土墻位置，一個(gè)設(shè)置在中隔墻與盾構(gòu)機(jī)中軸線同標(biāo)高位置，用導(dǎo)線接至地面上，用于觀察水土壓力及盾構(gòu)機(jī)推力對(duì)擋土墻的影響，保證盾構(gòu)能安全到達(dá)水中。水中接收水土回灌示意圖見圖2。在接收井內(nèi)完成土壓力計(jì)安裝后并對(duì)鑿除的地下連續(xù)墻混凝土塊清理干凈后，開始進(jìn)行填土回水作業(yè)。a.先對(duì)洞門圈1.5 m范圍內(nèi)采用人工堆砌砂袋，填充密實(shí);再對(duì)接收井內(nèi)回填隧道改良后的渣土，渣土的回填高度在中板面上2.12 m處(在盾構(gòu)機(jī)上方覆土厚度為3 m，標(biāo)高為1.17 m)，填土量約1 263 m3?，F(xiàn)場(chǎng)用紅線在接收井墻上標(biāo)記填土位置。b.填土完畢后井內(nèi)回灌水，回灌水標(biāo)高與第一層微承壓水水頭標(biāo)高一致，根據(jù)端頭井附近原新浦路站基坑開挖時(shí)打設(shè)的一口降壓井目前自然水位標(biāo)高為4.5 m，因此水位回至4.5 m標(biāo)高處，回灌水量約500 m3，現(xiàn)場(chǎng)利用孔口懸吊塔尺測(cè)量水位標(biāo)高。c.水土回填完畢后，由監(jiān)測(cè)人員對(duì)預(yù)埋的土壓力計(jì)讀取初始數(shù)據(jù)，一天三次，早中晚各一次。

圖1 新浦路站盾構(gòu)接收井平面圖

圖2 水中接收水土回灌示意圖

3)盾構(gòu)到達(dá)前盾構(gòu)姿態(tài)和線形測(cè)量。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前150 m地段即加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)和隧道線形測(cè)量，及時(shí)糾正偏差確保盾構(gòu)順利地從預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)進(jìn)入到達(dá)井。測(cè)量內(nèi)容有:a.定向;b.主導(dǎo)線;c.測(cè)量管片位置和走向偏差;d.預(yù)埋鋼環(huán)平面位置。通過測(cè)量，對(duì)到達(dá)前的地段加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)的軸線控制，使盾構(gòu)機(jī)進(jìn)站時(shí)其切口平面偏差滿足:平面≤±50 mm，－10 mm≤高程≤+30 mm，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的洞門中心位置，將右線盾構(gòu)姿態(tài)控制的理論值為:水平方向7 mm，豎直方向－17 mm，在到達(dá)前要求盾構(gòu)坡度比設(shè)計(jì)坡度略大2‰，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入新浦路站到達(dá)井的設(shè)計(jì)坡度水平直線。

4)盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到達(dá)段后，應(yīng)減小推力、降低推進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速，控制出土量并時(shí)刻監(jiān)視土倉壓力值，土壓的設(shè)定值應(yīng)保持穩(wěn)定，避免較大的推力波動(dòng)影響洞門范圍內(nèi)土體的穩(wěn)定。盾構(gòu)進(jìn)站掘進(jìn)可分為四個(gè)階段，在這幾個(gè)階段中，應(yīng)采取不同的施工參數(shù)及控制側(cè)重點(diǎn)不同，前兩個(gè)階段為盾構(gòu)進(jìn)洞準(zhǔn)備階段，后兩個(gè)階段為盾構(gòu)正式到達(dá)階段。a.到達(dá)第一階段(盾構(gòu)掘進(jìn)至距車站內(nèi)襯墻7.6 m處)。掘進(jìn)參數(shù)保持正常不做調(diào)整，此段施工應(yīng)側(cè)重注意調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)(與理論比較)控制在水平方向7 mm，豎直方向－17 mm左右。盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第一階段示意圖見圖3。b.到達(dá)的第二階段(掘進(jìn)至距車站內(nèi)襯墻4.159 m處，盾構(gòu)穿越端頭加固區(qū)，第一次停機(jī))。掘進(jìn)速度由原來正常段的20 mm/min～40 mm/min減至10 mm/min～20 mm/min，土壓基本保持不變，刀盤轉(zhuǎn)速稍微降低至1 rpm，推力控制在1 000 t以內(nèi)。目的是盡量減少對(duì)洞口的影響，在密切監(jiān)控地表和洞口的情況下微調(diào)低土壓力。在此階段同步注漿開始采用純水泥漿，注漿壓力控制在0.3 MPa，注漿量為6 m3。進(jìn)一步調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，以便盾構(gòu)機(jī)能夠準(zhǔn)確穿過洞門預(yù)埋鋼環(huán)。盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第二階段示意圖見圖4。c.到達(dá)的第三階段(刀盤切口進(jìn)入接收井4.077 m，第二次停機(jī)位)。本階段盾構(gòu)刀盤切口進(jìn)入車站內(nèi)襯墻4.077 m，盾尾進(jìn)入攪拌樁加固區(qū)，對(duì)管片進(jìn)行整環(huán)二次注漿，封堵攪拌樁加固區(qū)與非加固區(qū)空隙，達(dá)到堵水效果。漿液采用水泥水玻璃雙液漿。盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第三階段示意圖見圖5。此階段推進(jìn)時(shí)的保持推力最初控制在1 000 t以下，根據(jù)擋土墻土壓力計(jì)反饋的信息，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的總推力，保證不對(duì)擋土墻造成破壞。在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中，為了防止推力過大對(duì)擋土墻和側(cè)墻造成過大影響，適當(dāng)設(shè)定刀盤轉(zhuǎn)速，螺旋機(jī)正常出土。避免出土量過大造成填土下沉，破壞已經(jīng)建立的洞門內(nèi)外水、土壓力平衡。盾構(gòu)推進(jìn)過程中嚴(yán)密觀察盾尾和螺旋機(jī)閘門是否漏水，若發(fā)現(xiàn)有輕微漏水現(xiàn)象應(yīng)手動(dòng)注入大量盾尾油脂封堵。在此階段同步注漿采用純水泥漿，注漿壓力控制在0.3 MPa，注漿量為6 m3。d.到達(dá)的第四階段(盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入接收井，盾尾脫出內(nèi)襯墻30 cm，第三次停機(jī)位)。本階段盾尾脫出內(nèi)襯墻30 cm(此脫出距離可視最后掘進(jìn)管片拼裝情況進(jìn)行調(diào)整，以最后一環(huán)管片不脫出盾尾最后兩道尾刷為準(zhǔn))。盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第四階段示意圖見圖6。本階段同步注漿采用純水泥漿，掘進(jìn)完成后在二次注漿前應(yīng)將同步注漿管內(nèi)注入膨潤土，防止注漿管路堵塞。

圖3 盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第一階段

3 結(jié)語

圖4 盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第二階段

圖5 盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第三階段

圖6 盾構(gòu)到達(dá)掘進(jìn)第四階段

水中進(jìn)洞施工技術(shù)主動(dòng)將盾構(gòu)到達(dá)井用水土回填，保證到達(dá)井內(nèi)外水土壓力平衡，從而可控制水土滲透，能夠有效降低盾構(gòu)到達(dá)時(shí)出現(xiàn)的涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)到達(dá)施工安全。

［1］凌宇峰，郭 昊，李慕涵.上海長江隧道工程盾構(gòu)水中進(jìn)洞施工技術(shù)［J］.地下工程與隧道，2010(2):21-22.

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