盾構(gòu)區(qū)間鋼套筒接收技術(shù)應(yīng)用研究

李 杰

(太原市軌道交通發(fā)展有限公司,山西 太原 030000)

1 工程現(xiàn)狀

太原軌道交通2號(hào)線學(xué)府街站—長(zhǎng)風(fēng)街站區(qū)間始于學(xué)府街與長(zhǎng)治路路口南側(cè)的學(xué)府街站，區(qū)間向北延伸，下穿學(xué)府街高架橋樁基，最終到達(dá)長(zhǎng)風(fēng)街站，本區(qū)間由兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)分左右線掘進(jìn)。區(qū)間所屬地貌單元為汾河一級(jí)階地，沿線地形較為平坦，周邊為城市建筑。地面標(biāo)高為778.9 m～780.5 m，南低北高。城市道路下方管線密集，管線埋深一般在3 m～6 m間。區(qū)間最大埋深約為18.4 m，最小埋深約為10.2 m。本場(chǎng)地存在不良地質(zhì)主要有地面沉降及地震液化，勘察期間未發(fā)現(xiàn)其他諸如滑坡、崩塌、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用及地質(zhì)災(zāi)害。本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.20g(相當(dāng)于地震基本烈度8度)。在對(duì)學(xué)長(zhǎng)區(qū)間左線接收端加固區(qū)范圍內(nèi)管線初步挖掘探測(cè)挖掘過程中，發(fā)現(xiàn)左線加固區(qū)范圍內(nèi)還存在DN1 000熱力管兩根，右線加固區(qū)范圍內(nèi)存在2孔3.8 m×1.4 m雨水方涵。探孔開始后，不斷發(fā)現(xiàn)之前交底和圖紙中未提示的管線(其中污水管存在滲漏，燃?xì)夤転樾掳l(fā)現(xiàn)管線)，增大了管線改移的難度。

2 盾構(gòu)鋼套筒接收流程

2.1 洞門水平加固

洞門水平加固采用洞內(nèi)全斷面水平深孔注漿的施工方案。是在洞門開孔成型后安裝注漿孔口管，由孔口管向土體內(nèi)進(jìn)行注漿。整個(gè)注漿過程是在一個(gè)封閉體系中進(jìn)行的，漿液通過孔口注漿管進(jìn)入處于封閉狀態(tài)的被注地層(黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中砂等)，注漿泵產(chǎn)生的壓力可使?jié){液在被注地層中向四周擴(kuò)散，達(dá)到充填、擠壓、密實(shí)的作用，從而使松散含水砂層或粘土層變?yōu)槊軐?shí)的堅(jiān)固地層，以達(dá)到注漿堵水的目的。

2.2 洞門鑿除

長(zhǎng)風(fēng)街站小里程接收端洞門處圍護(hù)結(jié)構(gòu)為800 mm厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，緊貼圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)為4 m～5 m厚的水平加固體，根據(jù)目前盾構(gòu)機(jī)的刀具配置，直接切割鋼筋混凝土地連墻結(jié)構(gòu)出洞具有一定的困難，為確保盾構(gòu)機(jī)安全順利出洞，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前需先完成洞門位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鑿除工作?？紤]長(zhǎng)風(fēng)街車站小里程端該位置地下水位較高，為確保洞門鑿除安全，在端頭加固區(qū)域緊鄰車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行4 m洞門水平加固，洞門鑿除時(shí)利用水平加固體及預(yù)留地連墻20 cm混凝土抵抗外側(cè)的水土壓力，以降低洞門鑿除的風(fēng)險(xiǎn)。洞門鑿除采用風(fēng)鎬人工破除，洞門鑿除前必須確保洞門水平探孔檢查合格后再進(jìn)行鑿除施工。洞門鑿除在鋼套筒完成安裝后進(jìn)行。

洞門鑿除時(shí)按照兩層進(jìn)行鑿除，第一層鑿除30 cm順序?yàn)橛上轮辽线M(jìn)行，先將地連墻背土面保護(hù)層鑿除，露出外側(cè)第一層鋼筋；將第一層鋼筋割除之后，再開始鑿除第二層墻體，依舊按照由下至上分塊鑿除至剩余20 cm(迎土側(cè))。但鑒于魚尾刀超前其余刀具開挖30 cm，故對(duì)中心區(qū)域進(jìn)行多破除作業(yè)，保留至露出玻璃纖維筋為止。鑿除結(jié)束后要及時(shí)清理混凝土塊，將其破碎成小塊，從鋼套筒的第一節(jié)筒體兩側(cè)底部的清渣門運(yùn)出。

在進(jìn)行洞門鑿除施工時(shí)，采用φ48 mm腳手架鋼管搭設(shè)破除作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)平臺(tái)每層步距高度控制在2 m范圍橫桿間距控制在1.3 m以內(nèi)，立桿間距1.2 m，作業(yè)平臺(tái)應(yīng)設(shè)置四道斜撐，斜撐與地面成45°夾角。作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)完成后由質(zhì)檢人員、安全員驗(yàn)收合格后方可投入使用。

洞門鑿除完成后由項(xiàng)目部技術(shù)人員對(duì)洞門鑿除情況進(jìn)行檢查，確保洞門鋼環(huán)范圍內(nèi)不得殘留有鋼筋頭等雜物，同時(shí)洞門圈內(nèi)側(cè)影響盾構(gòu)的出洞的焊接物務(wù)必清理干凈。

2.3 密閉性檢測(cè)

在填料前需對(duì)鋼套筒進(jìn)行密閉性檢測(cè)，檢測(cè)合格方能進(jìn)行下一步。

2.4 鋼套筒內(nèi)填料

密閉檢測(cè)完畢后，向鋼套筒內(nèi)填混有一部分粘土的砂。從兩個(gè)圓形φ600 mm的填料孔中分別進(jìn)行填料并適當(dāng)采用水沖方式將砂沖下去，水進(jìn)入鋼套筒內(nèi)與砂混合后，還可以起到將砂密實(shí)的作用。填充夯實(shí)的砂層為C20混凝土基礎(chǔ)以上1 m范圍，根據(jù)專家評(píng)審要求，砂層以上填充盾構(gòu)渣土，以保證其套筒內(nèi)土體的流塑性以及密實(shí)性。為了將鋼套筒內(nèi)的填料密實(shí)均勻，填料過程中要在兩個(gè)填料孔處分別進(jìn)行填充作業(yè)，保證分配均勻，填充過程分階段進(jìn)行，派人在填料孔觀察，填至一定高度時(shí)需要進(jìn)行平整密實(shí)，平整后再繼續(xù)填料直至完全充滿整個(gè)鋼套筒。

3 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)及洞門封堵措施

1)盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)洞門前，要通過實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)合繪圖演算出盾構(gòu)刀盤觸碰接收端地連墻時(shí)的里程。盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)此里程的位置時(shí)即進(jìn)入到達(dá)掘進(jìn)階段，要安排專人值班，以每天兩次的頻率監(jiān)測(cè)地面的沉降情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采取補(bǔ)漿等措施。在到達(dá)前30環(huán)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)核，并確保盾構(gòu)機(jī)沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)出洞。

2)為具備盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前安全出洞的條件，待左右線洞門水平加固完成合格后，應(yīng)在接收端頭范圍內(nèi)進(jìn)行降水作業(yè)，保證接收端頭范圍內(nèi)地下水位降至底板以下1 m，避免水下出洞的風(fēng)險(xiǎn)。確定在左右線加固區(qū)中央南北向間距4 m成型兩孔深度為25 m的降水井，另外在右線加固區(qū)東側(cè)人工探槽并成型降水井2孔。場(chǎng)地內(nèi)降水井合計(jì)布設(shè)4孔。

3)在盾構(gòu)機(jī)刀盤碰觸地連墻以前，就必須注意盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)的選擇，防止糾偏過急以及通過正確的管片選型，保證盾構(gòu)機(jī)碰觸地連墻時(shí)良好的盾構(gòu)姿態(tài)。在即將碰壁之前，速度提前一環(huán)減小到小于10 mm/min，推力小于10 000 kN；到碰觸地連墻前50 cm時(shí)，速度減小到5 mm/min，推力減小到7 000 kN以下；刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)小于1.5 r/min；土壓力控制在1.8 bar之間，貫入度調(diào)整到3 mm/min以內(nèi)，螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速保持在7 r/min左右以便順利帶出渣土，在此參數(shù)基礎(chǔ)上，操作手應(yīng)在頂觸地連墻之前將主動(dòng)鉸接全部伸出100 mm，為進(jìn)套筒前姿態(tài)調(diào)整做好準(zhǔn)備。

4)當(dāng)破除洞口剩余20 cm厚地連墻時(shí)依靠鋼套筒內(nèi)土體背壓，在刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)將地連墻磨碎，之后將土倉壓力加壓至1.8 bar左右，混凝土塊順利進(jìn)入土倉，只要能夠進(jìn)入土倉，就不會(huì)對(duì)掘進(jìn)造成較大影響。出洞推進(jìn)設(shè)置：a.參數(shù)設(shè)置：推速小于10 mm/min；推力小于5 000 kN；刀盤轉(zhuǎn)速小于1.5 rpm；貫入度調(diào)整到2 mm/min以內(nèi)。b.出洞時(shí)姿態(tài)控制：為了防止出洞時(shí)盾構(gòu)機(jī)栽頭，要求盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭高于軸線2 cm～3 cm，呈略抬頭高于出洞上坡25‰ 的向上姿態(tài)。洞門破除清渣完成后，對(duì)筒體連接螺栓進(jìn)行一次徹底的復(fù)緊，鑒于連接螺栓為高強(qiáng)度8.8級(jí)的M27螺栓，要求其復(fù)緊扭矩應(yīng)達(dá)到1 570 Nm，采用雙彈簧墊片來加強(qiáng)其防松動(dòng)性能。

5)進(jìn)入鋼套筒掘進(jìn)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

參數(shù)設(shè)置：推速不大于5 mm/min；推力不大于4 000 kN，以不超過此值為基準(zhǔn)；在鋼套筒內(nèi)以管片拼裝的模式進(jìn)行掘進(jìn)，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0 rpm以內(nèi)。刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)前，要與鋼套筒外部進(jìn)行聯(lián)系，確保人員及設(shè)備安全、測(cè)量監(jiān)測(cè)人員就位后，才能進(jìn)行掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)過程中，隨時(shí)和外部觀測(cè)人員聯(lián)系，一旦發(fā)現(xiàn)有滲漏或變形量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，立即停止掘進(jìn)，及時(shí)采取相對(duì)應(yīng)的措施。

6)注漿封堵。在盾體出洞、盾尾通過洞口的過程中，每環(huán)均應(yīng)雙液注漿，在盾尾通過連續(xù)墻后，及時(shí)在盾尾部位的管片注雙液漿，注漿量為管片與洞門和隧道間隙的180%。隨時(shí)檢查鋼套筒是否有形變、滲漏等情況，如有形變過大或滲漏等情況發(fā)生，可以采取調(diào)低或停止注漿，并減小推速等措施。

7)盾構(gòu)機(jī)整個(gè)通過洞門并完成盾尾密封后，刀盤應(yīng)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，并開大螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速加大土倉出土量，然后逐步泄壓，將鋼套筒土倉中的漿液通過螺旋機(jī)抽走。

8)打開鋼套筒底部的排漿管，排出剩余的漿液，并檢查鋼套筒是否滲漏。在盾尾雙液漿凝固后，在穩(wěn)定安全的情況下，才可開始拆除鋼套筒。

9)測(cè)量與監(jiān)測(cè)：盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)過程時(shí)加大測(cè)量監(jiān)測(cè)的頻率，并復(fù)核控制點(diǎn)，確保盾構(gòu)機(jī)出洞的姿態(tài)正確。在盾構(gòu)機(jī)出洞前布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在端頭連續(xù)墻、地面及周圍建筑物布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鋼套筒、洞門周圍布置形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置完成后采集測(cè)量初始值，盾構(gòu)機(jī)出洞過程中每12 h監(jiān)測(cè)1次，若變形較大，增加監(jiān)測(cè)頻率并及時(shí)通報(bào)項(xiàng)目部采取處理措施。進(jìn)鋼套筒過程中，設(shè)置觀測(cè)鋼套筒變形裝置，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停機(jī)處理。

盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入鋼套筒后，使用螺旋出土有意降低土倉壓力，等待8 h～10 h后，通過觀察土倉壓力是否回升，或者通過胸隔板上土倉閘門進(jìn)行觀察判斷洞門是否密封完好。此時(shí)打開管片上部預(yù)留的注漿孔球閥、鋼套筒過渡連板上預(yù)留的觀測(cè)管，如觀測(cè)出水量較大時(shí)，則繼續(xù)通過預(yù)留注漿管注漿，直至打開球閥無水流出，方可拆解鋼套筒。鋼套筒拆除前在確保土倉壓力無變化時(shí)，利用套筒尾端的泄壓閥門進(jìn)行泄壓，以保障套筒拆除時(shí)的安全。