談盾構(gòu)下穿城市水渠控制技術(shù)

文一鳴 祁海峰

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

隨著全國各地地鐵建設(shè)的興起，地鐵區(qū)間隧道越來越多采用盾構(gòu)法施工，而盾構(gòu)穿越水渠風(fēng)險(xiǎn)極高，為此研究一套切實(shí)可行的盾構(gòu)穿越水渠技術(shù)尤為重要，本文通過成都地鐵4號(hào)線膨脹地層盾構(gòu)穿越東風(fēng)渠工程為依托，通過盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、掘進(jìn)方式、管片拼裝等工序研究、總結(jié)最優(yōu)的方法，為今后類似地層中盾構(gòu)施工提供參考及工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用前景廣闊。

1 依托工程概況

成都地鐵4號(hào)線盾構(gòu)施工分別在隧道里程ZDK41+259.565～ZDK41+299.984,YDK41+268.801～YDK41+308.365段下穿東風(fēng)渠，東風(fēng)渠寬約為31 m，深約為4.5 m，C15混凝土護(hù)坡、護(hù)底。隧頂距離渠底最近距離8 m～9 m，隧道穿越該地段主要地層為⑤-1-1全風(fēng)化泥巖和⑤-1-2強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

2 施工控制原則

盾構(gòu)通過前對東風(fēng)渠進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查制定掘進(jìn)參數(shù)，通過試驗(yàn)段確定掘進(jìn)參數(shù)；盾構(gòu)通過過程中嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)和加強(qiáng)監(jiān)測、觀測，及時(shí)進(jìn)行二次注漿；盾構(gòu)通過后根據(jù)對掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析情況，再次采取補(bǔ)充注漿措施，確保東風(fēng)渠段安全。

綜合考慮該區(qū)段隧道的埋深、地質(zhì)情況以及與東風(fēng)渠的空間關(guān)系，制定穿越東風(fēng)渠的指導(dǎo)思想為：“安全、連續(xù)、快速均衡通過東風(fēng)渠段”，并確立“壓力合理、均衡掘進(jìn)、注漿充分、嚴(yán)密監(jiān)測、快速反饋、預(yù)案恰當(dāng)”的施工原則。

3 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)下穿水渠掘進(jìn)時(shí)，主要遵循以下原則：加強(qiáng)施工設(shè)備管理，確保盾構(gòu)連續(xù)穿越；嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)(土壓力、掘進(jìn)速度、掘進(jìn)姿態(tài)、出土量、同步注漿等)；加強(qiáng)地面監(jiān)測分析；做好應(yīng)急措施準(zhǔn)備。

1)掘進(jìn)速度控制。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤里程距離河岸10 m時(shí)，逐步減小盾構(gòu)機(jī)的推力，推力控制在900 t左右，適當(dāng)降低掘進(jìn)速度，掘進(jìn)速度控制在20 mm/min～35 mm/min，盡量保持速度均勻。

2)動(dòng)態(tài)調(diào)整土倉壓力。

通過地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)土倉壓力及掘進(jìn)速度，東風(fēng)渠段盾構(gòu)覆土厚度為8 m～9 m，按理論進(jìn)行計(jì)算，盾構(gòu)土壓力為0.8 bar～0.9 bar，考慮到東風(fēng)渠河水水壓的影響，因此在盾構(gòu)通過東風(fēng)渠段時(shí)，宜將土壓力控制在0.8 bar～1.0 bar左右(建立實(shí)土壓)，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。

a.當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在距東風(fēng)渠5 m時(shí)，需要逐步降低盾構(gòu)土壓力。根據(jù)計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)通過東風(fēng)渠西岸期間，土壓力由1.3 bar左右逐漸降低至0.8 bar左右，同時(shí)控制掘進(jìn)速度。

b.盾構(gòu)通過東風(fēng)渠底期間，土壓力宜控制在0.8 bar～1.0 bar左右。

c.盾構(gòu)完成穿越東風(fēng)渠后，向西岸前進(jìn)，在盾構(gòu)切口接觸河岸開始，土壓力逐漸提高，由1.0 bar提高至1.2 bar左右。

3)推力、扭矩控制。

a.當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越東風(fēng)渠時(shí)，控制推進(jìn)油缸總推力在800 t～1 100 t，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.1 r/min，通過適當(dāng)?shù)臏p小推力及刀盤轉(zhuǎn)速，減小對地層的擾動(dòng)。

b.下穿河流及含水豐富地層時(shí)，泡沫性狀應(yīng)調(diào)干燥，以有效阻水。穿越東風(fēng)渠期間泡沫濃度設(shè)置為2%～3%，發(fā)泡率設(shè)置為8～10，空氣注入率控制在80 L/min左右。掘進(jìn)時(shí)刀盤扭矩控制在90 t·m～150 t·m。

4)出土量控制。

盾構(gòu)在穿越東風(fēng)渠期間，嚴(yán)格控制出土量，出土量嚴(yán)格控制在55 m3以內(nèi)，并可適當(dāng)欠挖，保持土體的密實(shí)，以免東風(fēng)渠水滲透入土體并進(jìn)入盾構(gòu)。

5)盾構(gòu)姿態(tài)控制。

a.盾構(gòu)穿越東風(fēng)渠時(shí)，區(qū)間隧道為半徑R620圓曲線，掘進(jìn)時(shí)值班工程師根據(jù)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作(盾尾間隙小于20 mm，油缸行程差大于50 mm必須進(jìn)行調(diào)整)，掘進(jìn)時(shí)控制好盾構(gòu)姿態(tài)，保證平穩(wěn)推進(jìn)，減少糾偏。如果存在姿態(tài)糾偏的情況時(shí)，每環(huán)的姿態(tài)糾偏量不能超過8 mm。

b.根據(jù)蜀十區(qū)間前面100多環(huán)的管片姿態(tài)情況發(fā)現(xiàn)，管片在脫出盾尾后垂直姿態(tài)有20 mm左右的上浮量。盾構(gòu)穿越東風(fēng)渠時(shí)，該段地下水相對其他地段較豐富，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)控制盾尾在-30 mm左右，刀盤控制在0 mm左右。

6)同步注漿控制。

a.配合比：同步注漿漿液具備充填性好、流動(dòng)性好、離析少、早期強(qiáng)度均勻，注入時(shí)應(yīng)具備不受地下水稀釋的特性，硬化后的體積收縮和滲透系數(shù)要小。配合比見表1。

表1 同步注漿配比 kg

b.注漿量：每推進(jìn)一環(huán)的理論注漿量為：π(D12-D22)L/4。

其中,D1為盾構(gòu)外徑，取6.28 m；D2為管片外徑，取6.0 m；L為管片寬度，取1.5 m。

V=π(D12-D22)L/4=4.05 m3。

下穿東風(fēng)渠時(shí)，每環(huán)的同步注漿控制為130%～150%，即5.3 m3～6.0 m3。

c.注漿壓力。為避免出現(xiàn)由同步注漿引起河底開裂的現(xiàn)象，注漿作業(yè)時(shí)，宜將壓力控制在2.0 bar～3.5 bar；確保管片背后填充密實(shí)，避免河底開裂。

d.注漿速率。同步注漿時(shí)，必須保證上下左右四根注漿管同時(shí)注漿，注漿速度保持和掘進(jìn)速度基本一致，盾構(gòu)操作手每向前掘進(jìn)100 mm后關(guān)注同步注漿量，及時(shí)提醒注漿操作手控制注漿速度。防止注漿過快、過慢造成管片背后形成空隙而引起地層沉降,見表2。

表2 掘進(jìn)行程與注漿對照表

4 管片拼裝控制

穿東風(fēng)渠段處于R=600曲線隧道段，管片為1.5 m長C級(jí)加強(qiáng)型管片，管片錯(cuò)開拼裝，先拼裝下方的管片后拼裝上方管片，左右兩側(cè)交叉進(jìn)行。

根據(jù)隧道線路計(jì)算出轉(zhuǎn)彎環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的比例，按計(jì)劃進(jìn)行拼裝，及時(shí)調(diào)整好盾尾間隙，保證管片成型質(zhì)量。經(jīng)過計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)∶轉(zhuǎn)彎環(huán)=5∶2。

管片拼裝時(shí)注意保護(hù)管片棱角質(zhì)量，進(jìn)入拼裝機(jī)直至拼裝完成。這個(gè)期間重點(diǎn)檢查管片止水條有無破損、翹邊，專人檢查，及時(shí)修補(bǔ)。專人負(fù)責(zé)管片螺栓緊固情況檢查。其他常規(guī)工藝本文不再贅述。

5 結(jié)語

初步總結(jié)以下幾點(diǎn)：

1)施工準(zhǔn)備。

在穿越風(fēng)險(xiǎn)源前，準(zhǔn)備工作要充分，要把風(fēng)險(xiǎn)分析透徹，制定對應(yīng)的措施，并報(bào)相關(guān)部門，做好備份，做到程序符合要求。

2)掘進(jìn)速度選擇。

穿越風(fēng)險(xiǎn)源掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)速度不宜控制較快。掘進(jìn)較快時(shí)對地層擾動(dòng)加大，造成地層不穩(wěn)定性，加大掘進(jìn)的控制難度。穿越掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)速度控制在40 mm/min左右。

3)土壓力控制。

在穿越河流過程中，土壓力控制是至關(guān)重要的一方面，若壓力過高，擊穿河底，地層與河流連通，對掘進(jìn)控制將造成更大的難度(螺旋噴涌，嚴(yán)重時(shí)河水涌入隧道)。因此應(yīng)根據(jù)河流地層埋深以及地質(zhì)水文條件制定合理的土壓力。

4)過程值班及巡查制度。

穿越河流過程中施行24 h領(lǐng)導(dǎo)值班制度和巡查制度，能更好的執(zhí)行制定的各項(xiàng)措施，處理過程中出現(xiàn)的問題，避免盾構(gòu)長時(shí)間停機(jī)，保證了盾構(gòu)均衡掘進(jìn)。

5)小結(jié)。

整個(gè)穿越風(fēng)險(xiǎn)源(東風(fēng)渠)組織過程，充分展示做任何事一個(gè)團(tuán)隊(duì)要有凝聚力，首先要明確并統(tǒng)一工作思路和目標(biāo)，體系運(yùn)行，責(zé)任明確，執(zhí)行要?jiǎng)傂?，?yán)格的執(zhí)行各項(xiàng)技術(shù)措施，通過對地鐵施工出現(xiàn)問題分析，往往穿越風(fēng)險(xiǎn)源出現(xiàn)問題的幾率很低，越是沒有問題，過程中偏偏就會(huì)出現(xiàn)問題，這充分反映，越是正常的地層，因重視程度不夠，反而容易出現(xiàn)問題，因此施工過程中，只要認(rèn)真細(xì)心，抓關(guān)鍵點(diǎn)，抓細(xì)節(jié)，難度會(huì)大大降低。