淺覆土盾構(gòu)下穿人行通道施工研究與應(yīng)用

周文朋 曹智俊 高鋒 吳禎 蘇勇

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000)

1 工程概況

深圳地鐵9號(hào)線二期南海大道支線工程9130-1工區(qū)海上世界站～工業(yè)六路站區(qū)間雙線隧道，呈南北走向。區(qū)間左、右線中心線間距14.2 m，在里程YDK4+155.69處，蘭溪谷人行通道與隧道線路中心線垂直。下穿蘭溪過(guò)人行過(guò)街通道，過(guò)街通道寬約10 m，通道底板至盾構(gòu)隧道頂最小結(jié)構(gòu)凈距約為1.82 m，沿隧道中心線方向該段最小埋深約4 m。人行過(guò)街通道為單孔矩形框架結(jié)構(gòu)，出入口處各有一處池塘，距離左、右線最小水平距離分別約為8m，4m，池塘底部距隧道垂直距離2.87m;沿通道走向有一條水溝，其中水溝與右線隧道最小垂直距離3.5 m。蘭溪谷人行通道處路面標(biāo)高約0.5 m，參照小水塘水面標(biāo)高，水位標(biāo)高按0.3 m考慮。該區(qū)間采用海瑞克S810土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

據(jù)地質(zhì)勘探資料，穿越人行通道地段區(qū)間右線隧道穿越地層主要為礫質(zhì)粘性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖層(有上軟下硬部分);蘭溪谷人行過(guò)街通道地板(約厚1 m)位于礫質(zhì)粘性土地層中。因此，盾構(gòu)下穿蘭溪谷人行通道段的風(fēng)險(xiǎn)主要為埋深淺、地質(zhì)不均，易造成沉降超標(biāo)。

2 下穿蘭溪谷人行通道施工方案

2.1 嚴(yán)控掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)

在穿越前，認(rèn)真對(duì)刀盤、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、推進(jìn)千斤頂及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行檢查，確保在穿越過(guò)程中設(shè)備無(wú)故障，進(jìn)行連續(xù)施工，避免中間停機(jī)。下穿前及下穿施工過(guò)程中嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)和出土量，實(shí)現(xiàn)勻速、快速掘進(jìn)，以減少對(duì)土層的擾動(dòng)，加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)施的管理、維護(hù)，避免因盾構(gòu)機(jī)的停留而造成施工中斷。根據(jù)本區(qū)間工程地質(zhì)、水文條件設(shè)置試驗(yàn)施工段，盡可能保證勻速、快速掘進(jìn)通過(guò)，地面沉降量和累計(jì)沉降量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范。加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的控制。

1)土倉(cāng)壓力:盾構(gòu)下穿人行通道地段隧道斷面位于強(qiáng)中風(fēng)化粗?；◢弾r層中，土倉(cāng)壓力采用水土合算方法。初步設(shè)定土倉(cāng)壓力為0.7 bar，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行適量的微調(diào)，波動(dòng)范圍±0.1 bar范圍之內(nèi)，嚴(yán)格控制土壓穩(wěn)定。

2)刀盤轉(zhuǎn)速參數(shù):刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.3 r/min～1.5 r/min。

3)推進(jìn)速度參數(shù):正常推進(jìn)時(shí)速度宜控制在20 mm/min～30 mm/min。

4)總推力參數(shù):根據(jù)掘進(jìn)速度及土倉(cāng)壓力情況，總推力控制在 800 t～1 100 t。

5)刀盤扭矩參數(shù):根據(jù)地質(zhì)情況，刀盤扭矩控制在1.5 MN·m ～1.8 MN·m。

6)貫入度參數(shù):根據(jù)刀盤轉(zhuǎn)速及推進(jìn)速度，貫入度在5 mm～15 mm。

7)同步注漿參數(shù):同步注漿量控制在6.5 m3/環(huán)(150% ～200%)，注漿壓力1.5 bar(上部)～2 bar(下部)，注漿壓力及注漿參數(shù)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

8)出土量:每環(huán)理論出土量46 m3，此類地層考慮按1.3松散系數(shù)，每環(huán)出土方量為60 m3。盾構(gòu)掘進(jìn)中嚴(yán)格控制出土量，同時(shí)注意渣土改良添加劑使用情況。

9)盾尾油脂:盾尾油脂注入量每環(huán)不少于35 kg。

10)二次注漿:二次注漿采用1∶1水泥(水灰比1∶1)水玻璃雙液漿，將二次注漿設(shè)備放置于臺(tái)車上，管片脫出盾尾后實(shí)時(shí)組織注漿，以防地表沉降。

2.2 盾構(gòu)姿態(tài)控制

盾構(gòu)姿態(tài)的控制是施工的重點(diǎn)，是保證順利掘進(jìn)的重要因素，掘進(jìn)時(shí)注意以下幾點(diǎn):

1)控制好掘進(jìn)的技術(shù)參數(shù)，如土壓、推進(jìn)速度等;

2)正確進(jìn)行盾構(gòu)千斤頂?shù)木幗M及分區(qū)油壓的控制，推進(jìn)時(shí)對(duì)千斤頂選擇的正確與否直接關(guān)系到盾構(gòu)姿態(tài)的偏差控制;

3)合理使用盾構(gòu)的鉸接裝置;

4)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整不宜過(guò)急，每環(huán)糾偏量不宜大于3 mm。

2.3 洞內(nèi)跟蹤注漿

施工中加強(qiáng)注漿管理，嚴(yán)格按“注漿壓力、注漿量”雙指標(biāo)控制，同步注漿量確保在理論計(jì)算值的150% ～200%，即6.0 m3～8.10 m3，并做好如下其他控制措施:

1)注漿由專人負(fù)責(zé)，在每環(huán)掘進(jìn)完成后對(duì)注漿量進(jìn)行詳實(shí)記錄，加強(qiáng)地面巡查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)注漿量變化較大時(shí)(查看地面有無(wú)異常，若有冒漿、漏氣現(xiàn)象，立即通知現(xiàn)場(chǎng)停止注漿并及時(shí)處理)，認(rèn)真分析其原因，進(jìn)行迅速有效的處理。

2)盾構(gòu)通過(guò)人行通道前后5 m范圍的管片在相鄰塊各增加2個(gè)注漿孔，注漿孔構(gòu)造可按吊裝孔設(shè)計(jì)，確保注漿填充密實(shí)的同時(shí)保證成型隧道質(zhì)量。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，在隧道內(nèi)進(jìn)行跟蹤注漿，增設(shè)注漿孔管片如圖1所示。

圖1 管片增設(shè)注漿孔展開圖

洞內(nèi)跟蹤注漿:采用直徑35 mm、長(zhǎng)1.8 m的鋼花管注漿，擴(kuò)散半徑為0.8 m，具體加固范圍如圖2所示。漿液為純水泥漿，水灰比為1∶1，采用42.5R硅酸鹽水泥，注漿壓力為0.5 MPa～1.5 MPa。

圖2 洞內(nèi)跟蹤注漿示意圖

3)為保證漿液的質(zhì)量，對(duì)制備漿液的原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，定期取樣測(cè)定凝結(jié)時(shí)間、結(jié)石率等參數(shù)。

2.4 施工監(jiān)測(cè)

1)監(jiān)測(cè)布置。為了及時(shí)收集、反饋和分析周圍環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工中的變形信息，實(shí)現(xiàn)信息化施工，確保施工和周圍環(huán)境安全。根據(jù)施工圖、設(shè)計(jì)單位確定的監(jiān)測(cè)內(nèi)容要求，在通道內(nèi)加密埋設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(如圖3所示，每個(gè)斷面3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))，實(shí)行信息化施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

圖3 蘭溪谷人行通道內(nèi)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2)監(jiān)測(cè)報(bào)警值見(jiàn)表1。

表1 區(qū)間監(jiān)測(cè)頻率表

3 掘進(jìn)參數(shù)分析及監(jiān)測(cè)分析

3.1 掘進(jìn)參數(shù)分析

表2 海工區(qū)間蘭溪谷拱頂沉降觀測(cè)成果表

如圖4所示，該處選取了下穿人行通道期間(ZDK4+145～ ZDK4+172)的四組數(shù)據(jù)(掘進(jìn)速度、推力、土壓、刀盤轉(zhuǎn)速)，在推力與刀盤轉(zhuǎn)速相對(duì)平穩(wěn)的情況下，掘進(jìn)速度主要集中在20 mm～30 mm，較為平穩(wěn)，在此期間土壓維持在0.6 bar左右，各項(xiàng)參數(shù)均無(wú)大的波動(dòng)。

3.2 監(jiān)測(cè)成果

表3 海工區(qū)間蘭溪谷收斂觀測(cè)成果表

通過(guò)對(duì)下穿通道區(qū)段的全程實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及后續(xù)的定期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)成果如表2，表3所示，下穿后人行通道頂部沉降最大值僅為3.2 mm，收斂值穩(wěn)定無(wú)變化。

4 結(jié)語(yǔ)

最終結(jié)果表明:以上各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)應(yīng)用于下穿淺埋人行通道得到了較為理想的成效，對(duì)土體擾動(dòng)小，沉降遠(yuǎn)小于預(yù)警值，效果顯著。對(duì)后續(xù)淺埋段及下穿掘進(jìn)控制沉降有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。