盾構(gòu)穿越變粒巖施工技術(shù)

牛曉懷

摘 要：深圳市機(jī)場(chǎng)北站包括福永站盾構(gòu)區(qū)間，地下水埋深較淺，局部地下水和地表水相連，隧道內(nèi)易形成積水，洞頂分布淤泥、細(xì)砂、可塑狀砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化變粒巖、塊狀強(qiáng)風(fēng)化變粒巖、中風(fēng)化變粒巖、局部為微風(fēng)化變粒巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，成洞困難。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)掘金；穿越變粒巖；施工技術(shù)；同步注漿

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.139

深圳市機(jī)場(chǎng)北站福永站盾構(gòu)區(qū)間2#吊出井區(qū)間左線全長(zhǎng)為1 591.5 m，3#吊出井福永站區(qū)間555.886 m，機(jī)場(chǎng)北站2#吊出井區(qū)間右線里程1 549.2 m，3#吊出井福永站區(qū)間555.886 m，區(qū)間線路原始地貌為濱海灘涂，現(xiàn)為機(jī)場(chǎng)填海擴(kuò)建區(qū)、魚(yú)塘、新和村居民區(qū)等，地形起伏較大，隧道開(kāi)挖斷面地層變化差異較大，地下水埋藏較淺，局部地下水和地表水相連，隧道內(nèi)易形成積水，且成洞困難。

1 施工技術(shù)

1.1 盾構(gòu)掘進(jìn)

在盾構(gòu)施工中，根據(jù)不同巖層和覆土厚度，配合地面監(jiān)測(cè)信息的分析，結(jié)合推力、推進(jìn)速度和出土量三者的相互關(guān)系，盾構(gòu)掘進(jìn)要保證坡度的穩(wěn)定，要時(shí)刻調(diào)整偏差，減少對(duì)土體的二次擾動(dòng)。在盾構(gòu)掘進(jìn)的過(guò)程中，設(shè)置專人檢查刀盤(pán)前方圍巖變化情況，有無(wú)硬巖傾入刀盤(pán)。根據(jù)盾構(gòu)前體月導(dǎo)臺(tái)結(jié)合緊密情況，保證掘進(jìn)過(guò)程的安全性。

盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)前方的監(jiān)測(cè)人員與盾構(gòu)主司機(jī)要緊密配合，使盾構(gòu)機(jī)沿導(dǎo)臺(tái)的中心前移，保證盾構(gòu)前移時(shí)管片受力均勻。

1.2 管片拼裝

在管片拼裝的過(guò)程中應(yīng)做好測(cè)量工作，保證襯砌環(huán)與環(huán)之間平直，控制環(huán)面及橢圓度、管片之間的縫隙，及時(shí)調(diào)整拼裝的質(zhì)量。管片拼裝控制要注意以下幾點(diǎn)：①環(huán)面平整度控制。采用尺量檢查每個(gè)環(huán)，環(huán)縫之間的間距小于3 mm，避免相鄰接縫處管片出現(xiàn)破裂。②垂直度控制。加強(qiáng)施工過(guò)程控制，管片環(huán)面應(yīng)該與設(shè)計(jì)隧道軸線垂直，如果發(fā)現(xiàn)管片偏差超過(guò)設(shè)計(jì)要求，就要及時(shí)采取糾偏措施，加楔子進(jìn)行調(diào)整，直到管片環(huán)面與隧道設(shè)計(jì)軸線垂直為止。③高程控制。相鄰管片直接影響著隧道結(jié)構(gòu)的受力、隧道凈空和整體的隧道質(zhì)量，施工過(guò)程中要嚴(yán)格把控環(huán)高不能超過(guò)規(guī)范要求，因此，在管片拼裝前，要預(yù)先黏好定位棒（黏結(jié)劑抗剪強(qiáng)度≥1.5 MPa，定位棒抗壓強(qiáng)度≥2 MPa）。拼裝時(shí)，充分發(fā)揮定位棒的作用，使管片成環(huán)后各塊高差≤2 mm，保證各塊管片定位準(zhǔn)確合格。④在拼裝管片之前，及時(shí)清理雜物，檢查管片的質(zhì)量、型號(hào)以及管片密封情況，符合設(shè)計(jì)要求之后再進(jìn)行拼裝。拼裝時(shí)，要嚴(yán)格控制管片的拼裝質(zhì)量。⑤管片拼裝時(shí)，及時(shí)施做千斤頂，拼裝好后及時(shí)靠攏千斤頂，防止盾構(gòu)機(jī)后退和發(fā)生突變。⑥管片縱、環(huán)向連接采用螺栓連接，螺栓的強(qiáng)度和緊密性直接影響著隧道整體結(jié)構(gòu)的受力，所以管片之間連接螺栓必學(xué)牢固、可靠。

1.3 粒石填充

豆粒石填充采用濕噴機(jī)在刀盤(pán)前面噴射，濕噴機(jī)噴射速率應(yīng)達(dá)到6～9 m3/h。噴射豆粒石時(shí)，每三環(huán)在用沙砂在盾構(gòu)切口周?chē)鲆粋€(gè)圍堰，以防豆粒石和砂漿露出。從刀盤(pán)后吹入4～9 mm的石料，壓力一般控制在0.15～0.3 MPa。

在噴射豆粒石過(guò)程中，非操作人員不得進(jìn)入工作面，以免飛石傷人。

1.4 同步注漿

1.4.1 同步注漿管理

在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，通常情況下，只需壓注上部的一根管路即可。如果效果欠佳，可根據(jù)實(shí)際情況，同步開(kāi)啟其他注漿管路。

1.4.2 加強(qiáng)對(duì)同步注漿質(zhì)量的控制。

同步注漿量的大小要控制到建筑物空隙的210%～260%，才能減少周?chē)馏w的變形。

1.4.3 二次注漿的必要性

由于注漿過(guò)程中填充的建筑物空隙可能會(huì)出現(xiàn)不密實(shí)和漿液收縮變形的現(xiàn)象，進(jìn)而可能導(dǎo)致地面下沉安全隱患，因此，有必要進(jìn)行二次注漿。漿液通過(guò)管片注漿孔注入地層，在施工過(guò)程中采用一邊推進(jìn)一邊注漿的方法。如果注漿達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，暫停盾構(gòu)推進(jìn)，保證土體不變形。在施工過(guò)程中，要根據(jù)觀測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷注漿參數(shù)和注漿量的大小，壁后注漿根據(jù)地質(zhì)情況和監(jiān)測(cè)結(jié)果隨時(shí)調(diào)整，保證地層不變形。

1.5 二次注漿

當(dāng)漏漿嚴(yán)重、地面沉降報(bào)警時(shí)，需要進(jìn)行二次注漿。壁后二次補(bǔ)注漿漿液選用雙液漿，暫定雙液漿配比如表1所示。

1.6 二次始發(fā)

盾構(gòu)機(jī)即將到達(dá)盾構(gòu)段掌子面時(shí)，盡可能地在盾體周?chē)畛涠沽Ｊ?。填充完畢后，將刀盤(pán)前面清理干凈，包括設(shè)備和材料等。

盾構(gòu)機(jī)頂?shù)秸谱用娴耐瑫r(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，根據(jù)滾動(dòng)角變化，調(diào)整刀盤(pán)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)方向。直至盾體進(jìn)入土體，滾動(dòng)角變化不大為止。

2 盾構(gòu)接收技術(shù)措施

2.1 準(zhǔn)備工作

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)洞門(mén)之前，需提前做好以下準(zhǔn)備工作：①在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)露頭后安裝防水簾布?jí)喊?，避免盾?gòu)機(jī)破洞時(shí)的混凝土塊砸壞密封橡膠簾布；②在到達(dá)洞門(mén)口前，準(zhǔn)備好砂袋、水泵、水管、方木、風(fēng)炮等應(yīng)急物資和工具，做好破除洞門(mén)噴射砼的準(zhǔn)備；③盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前，在接收導(dǎo)軌上預(yù)先涂抹油脂，減少盾體與鋼軌的摩擦力。

2.2 盾構(gòu)到站接收要求

為了保證盾構(gòu)的安全接收，首先要進(jìn)行測(cè)量，只有測(cè)量計(jì)算準(zhǔn)確無(wú)誤，才能安裝盾構(gòu)接收架。接收架的高度要比盾構(gòu)進(jìn)洞高程稍低一點(diǎn)，接收架必須與井壁固定牢固，洞門(mén)鑿出到位，所有封堵材料及其他準(zhǔn)備工作安排就緒。

為了保證盾構(gòu)進(jìn)出洞的施工安全，要及時(shí)對(duì)出現(xiàn)滲漏點(diǎn)的位置進(jìn)行注漿加固，防止盾構(gòu)進(jìn)出洞漏泥漿。完成滲漏點(diǎn)注漿后，緊接著要對(duì)隧道內(nèi)管片注漿。注漿球閥起到堵漏漿和泄壓作用，最后要檢驗(yàn)注漿結(jié)果。

盾構(gòu)出洞距離洞口10 m時(shí)，盾構(gòu)司機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)跟班管理員要及時(shí)檢查盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)和油壓數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)有升壓趨勢(shì)，可能切口已經(jīng)到達(dá)加固邊緣，必須減緩?fù)七M(jìn)速度，及時(shí)調(diào)整低密封藏的壓力，并向前艙一邊推進(jìn)一邊注水，保證切削面光滑，使削下來(lái)的土石呈流動(dòng)狀態(tài)，能夠較順利地排出。

在洞門(mén)混凝土吊除后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)間。洞圈特殊環(huán)管片脫出盾尾后，立即用弧形鋼板與其焊接成一個(gè)整體，并用漿液填充管片與洞圈之間的間隙，以減少水土流失。

根據(jù)實(shí)際情況，必要時(shí)可采用第二套施工方案，加強(qiáng)注漿，確保施工安全。

在盾構(gòu)進(jìn)洞后正常施工階段，要設(shè)置專人對(duì)隧道周?chē)ㄖ镞M(jìn)行沉降測(cè)量和觀測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)變形情況，要及時(shí)通知通知盾構(gòu)機(jī)司機(jī)，通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)來(lái)控制沉降變形。

2.3 盾構(gòu)進(jìn)站應(yīng)急預(yù)防技術(shù)措施

2.3.1 出洞時(shí)盾構(gòu)機(jī)“撞頭”

出洞時(shí)，盾構(gòu)推進(jìn)根據(jù)洞門(mén)復(fù)測(cè)時(shí)的姿態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整掘進(jìn)姿態(tài)貫通，當(dāng)接收托架標(biāo)高與洞門(mén)標(biāo)高一致，而刀盤(pán)比盾體大時(shí)，就容易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)“撞頭”現(xiàn)象。這時(shí)，要采取如下措施：①控制盾構(gòu)機(jī)出洞前的姿態(tài)，并將機(jī)頭豎直偏差控制在0～10 mm；②出洞處接收托架標(biāo)高要比設(shè)計(jì)標(biāo)高低2～3 cm；③在出洞時(shí)，上方離洞門(mén)2 m范圍內(nèi)鋪滿砂袋，防止貫通時(shí)洞門(mén)混凝土掉下來(lái)砸傷接收托架。

2.3.2 洞門(mén)處涌水、涌砂的處理

在距洞門(mén)前15環(huán)進(jìn)行二次注漿封水，其后10環(huán)管片每?jī)森h(huán)進(jìn)行二次注漿封閉一環(huán)。其前方每一環(huán)進(jìn)行雙液注漿封閉一環(huán)，直至盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)洞，防止已成型隧道管片與土體之間的水順著盾體進(jìn)入刀盤(pán)前方，導(dǎo)致洞門(mén)處出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，同步注漿要注滿，盡量將管片與土體之間得縫隙填密實(shí)，以有效地將加固體后方的水、砂堵住，防止其進(jìn)入刀盤(pán)前方。

2.3.3 零土壓狀態(tài)下掘進(jìn)的管片拼裝

盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)入洞門(mén)圈，倉(cāng)內(nèi)土壓降低為0后，盾構(gòu)機(jī)前面失去了反作用力，千斤頂?shù)耐屏σ搽S之減小。為保證管片間緊密接觸和接縫防水質(zhì)量，在最后的10環(huán)管片上安設(shè)縱向拉緊聯(lián)系裝置，以輔助管片縱向壓緊密封橡膠條；同時(shí)，管片拼裝時(shí)，盾構(gòu)機(jī)前部在接收架上焊接型鋼擋塊，通過(guò)擋塊提供反作用力。

3 結(jié)論

本文結(jié)合本工程穿越變粒巖施工得出如下結(jié)論：①盾構(gòu)穿越變粒巖時(shí)，刀盤(pán)磨損嚴(yán)重；②二次注漿是保證盾構(gòu)安全通過(guò)的重要措施；③做好監(jiān)測(cè)、測(cè)量，根據(jù)地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)是保證盾構(gòu)順利推進(jìn)的基本條件。

〔編輯：王霞〕