復(fù)雜工況下的盾構(gòu)機(jī)接收技術(shù)研究

□文/彭顯曉 張海波

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，所面臨的交通壓力也日益增大，地鐵因載客量大，對(duì)地面影響小，而被各大城市廣泛采用。盾構(gòu)機(jī)在城市地鐵隧道施工中扮演著重要角色，盾構(gòu)機(jī)的接收和始發(fā)充滿了各種風(fēng)險(xiǎn)，尤其在富水的軟土地層中。本文以天津地鐵某區(qū)間為例，對(duì)復(fù)雜工況下的盾構(gòu)機(jī)接收技術(shù)進(jìn)行了闡述和研究。

1 工程概況

天津地鐵某區(qū)間盾構(gòu)接收端車站位于城市快速路邊，地下2層站。車站結(jié)構(gòu)高度15.45 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度37.1 m，盾構(gòu)井段底板埋深19.72 m，頂板覆土2.57 m，左右線各預(yù)留11 m×7.5 m盾構(gòu)吊裝孔。見圖1。

圖1 盾構(gòu)接收端主體結(jié)構(gòu)

接收端圍墻外為城市快速路且接收端加固區(qū)11 m的加固長度內(nèi)存在一根φ1 400 mm雨水管和一根φ2 300 mm雨污合流管涵等，見圖2。管線切改需占用城市快速路，為減少對(duì)快速路交通的影響，該盾構(gòu)機(jī)接收采用了垂直加固+鋼護(hù)筒相結(jié)合的方式。

2 工程地質(zhì)和水文情況

該區(qū)間隧道盾構(gòu)到達(dá)段50 m地層由上至下為①2雜填土、④1粉質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥4粉質(zhì)粘土、⑦粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土、⑧2粉土、⑧21粉砂、⑨1粉質(zhì)粘土。隧道斷面內(nèi)主要土層為⑥4粉質(zhì)粘土、⑦粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土、⑧2粉土。接收段下臥層主要為⑧2粉土、⑧21粉砂層、⑨1粉質(zhì)粘土，處于第一層承壓水層中。其中：①2雜填土為雜色，松散、稍濕，含瀝青、碎磚塊、砂、石子等，分布不均勻，填土年限＞10a；⑧2粉土層為弱透水層，滲透系數(shù)為0.05m/d；⑧21粉砂層為強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)為10m/d層，粉砂層厚度為5～8m。見表1。

圖2 接收端加固區(qū)管線

表1 接收端地層分布及物理力學(xué)性質(zhì)

表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，勘察期間場地范圍內(nèi)水位1.00～2.50 m，水位變幅1.0～2.0 m/a；盾構(gòu)下臥層為第一層承壓水含水層。①2雜填土、④1粉質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥4粉質(zhì)粘土為潛水層；⑦粉質(zhì)粘土、⑧1粉質(zhì)粘土屬于不透水至微透水層，可視為潛水含水層與其下承壓含水層的相對(duì)隔水層；⑧2粉土、⑧21粉砂為第一層承壓水含水層。

3 盾構(gòu)接收措施與建議

3.1 接收端加固

受管線影響，接收端加固區(qū)長度僅能做到4.4 m，采用三軸攪拌樁（φ850 mm@600 mm）+三重管雙高壓旋噴樁（雙排φ600 mm@400 mm），加固范圍為盾構(gòu)開挖面上下左右各3 m，見圖3。

圖3 接收端土體加固

采用42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，為改善水泥漿液性能，可加入適量的外加劑和摻合料。三軸攪拌樁采用套打法（跳一打一、套打一孔），排與排之間咬合250 mm。水泥攪拌樁水泥摻量≮20%（質(zhì)量比），每根樁水泥用量為570 kg/m，漿液水灰比1.5∶1。高壓旋噴樁采用φ600 mm樁徑，樁間搭接200 mm，水灰比1∶1，每根樁水泥用量550 kg/m，水泥摻量40%（質(zhì)量比）。

3.2 洞門探孔

在洞門前搭設(shè)腳手架平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行洞門探孔施工。在洞門中心及周邊呈米字形布置9個(gè)探孔，孔徑50 mm、深2.0 m（以打穿高壓旋噴樁至第一排三軸攪拌樁為宜）。通過檢查探孔內(nèi)漏水及涌砂情況，測定土體加固效果。探孔施工時(shí)，配備至少9個(gè)孔口裝置，當(dāng)鉆孔涌水涌砂時(shí)，及時(shí)關(guān)閉孔口裝置。見圖4。

圖4 洞門探孔

3.3 接收端補(bǔ)強(qiáng)加固

接收端盾構(gòu)下臥層為滲透系數(shù)較大的粉土、粉砂層，三軸攪拌樁加固深度在20.7 m左右，為加強(qiáng)破除洞門及盾構(gòu)接收的安全性，應(yīng)根據(jù)洞門破除前水平探孔效果有選擇性的進(jìn)行水平注漿加固。由于加固體與地下連續(xù)墻之間易形成疏松體或水流通道，造成地下水土流失，因而應(yīng)對(duì)洞門周邊加固體“死角”進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。在地下連續(xù)墻與結(jié)構(gòu)側(cè)墻接縫位置，沿垂直于洞門45°角方向鉆孔注漿，孔位均勻分布，最低不少于12個(gè)鉆孔。見圖5。

圖5 接收端土體補(bǔ)強(qiáng)加固

3.4 加設(shè)應(yīng)急降水井

為應(yīng)對(duì)盾構(gòu)到達(dá)接收時(shí)突發(fā)險(xiǎn)情，在盾構(gòu)到達(dá)或破除洞門前施工備用降水井。在左右線加固土體外3 m，隧道掘進(jìn)方向2 m處布置降水井，隧道兩側(cè)各布置1口，隧道中間布置2口，共4口降水井（J1～J4），見圖6。應(yīng)急降水井的主要作用是減壓，在洞門破除或接收過程中發(fā)生涌水涌砂時(shí)，按照有關(guān)程序開啟降水井進(jìn)行減壓，給應(yīng)急搶險(xiǎn)創(chuàng)造條件。盾構(gòu)到達(dá)段隧道下臥層為⑧2粉土、⑧21粉砂，土層厚度約8.2 m，處于第一層承壓水含水層中，水土壓力較大，水頭標(biāo)高約為－4.55 m，其下⑨1粉質(zhì)粘土透水性較差可視為隔水層。結(jié)合端頭土體加固深度，加固體已進(jìn)入第一層承壓水含水層中，應(yīng)急降水井深度設(shè)置為加固區(qū)以下3 m（未穿透⑧21粉砂層），井深24.2 m，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)可啟動(dòng)應(yīng)急降水井降低第一承壓水含水層的水土壓力。見圖7。

圖6 接收端應(yīng)急降水井平面布置

圖7 接收端應(yīng)急降水井剖面

3.5 安裝鋼套筒

鋼套筒采用Q235A鋼板加工制作，由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)筒體、過渡連接環(huán)、后端蓋、底座、反力架及防側(cè)移裝置組成。鋼套筒主體部分長11.33 m、內(nèi)徑6.8 m，分為0.5 m過渡連接環(huán)1塊、2.56 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)4塊、0.59 m后端蓋1塊。過渡連接環(huán)與洞門預(yù)埋鋼環(huán)采用焊接鋼板連接，筒體之間采用M30高強(qiáng)螺栓連接，節(jié)與節(jié)、塊與塊之間安裝橡膠止水條密封。反力架采用30 mm厚鋼板加工而成，斜撐為φ530 mm、壁厚10 mm的鋼管，防側(cè)移體系為20b工字鋼。反力架、防側(cè)移裝置與結(jié)構(gòu)底板的節(jié)點(diǎn)采用植筋并塞孔焊接鋼板，植筋長度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。見圖8和圖9。

圖8 鋼套筒安裝

圖9 鋼套筒防側(cè)移裝置安裝

4 結(jié)論

本文通過天津地鐵盾構(gòu)接收施工實(shí)例，對(duì)垂直加固+鋼護(hù)筒相結(jié)合的盾構(gòu)接收方式進(jìn)行了闡述，并提出了相應(yīng)的應(yīng)急防范措施。通過以上措施，成功完成了該區(qū)間盾構(gòu)機(jī)的接收工作，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程借鑒。