地鐵盾構(gòu)始發(fā)洞門設(shè)置及加固處理綜合措施研究

張紅艷

摘要：地鐵盾構(gòu)始發(fā)井的端頭加固是確保盾構(gòu)順利施工的關(guān)鍵一步。本文結(jié)合徐州城市軌道交通2號(hào)線的工程實(shí)例，探討了端頭加固土體承載檢算方法，加固方法的選取，加固范圍的確定，還介紹了土體加固的施工技術(shù)要點(diǎn)、洞門封堵技術(shù)及洞門鑿除順序等，對(duì)此類型的盾構(gòu)始發(fā)井端頭土體加固工程有供鑒作用。

Abstract： The end reinforcement of the subway shield starting well is a key step to ensure the smooth construction of the shield. Based on the engineering example of Xuzhou Urban Rail Transit Line 2， this paper discusses the method of checking the bearing capacity of the end-reinforced soil， the selection of the reinforcement method， the determination of the reinforcement range， and introduces the construction technical points of the soil reinforcement and the sealing technology of the tunnel door and the order of the door to be cut， which has a reference role for this type of shield originating well end soil reinforcement project.

關(guān)鍵詞：地鐵;盾構(gòu)始發(fā)井;端頭加固;檢算;洞門封堵;鑿洞門

Key words： subway;shield originating well;end reinforcement;check;hole door plugging;to make hole door

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）16-0115-03

0? 引言

地鐵盾構(gòu)施工端頭軟弱土體的加固是盾構(gòu)始發(fā)施工前的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。盾構(gòu)始發(fā)為盾構(gòu)法施工最容易發(fā)生安全及質(zhì)量事故的階段，往往造成巨大經(jīng)濟(jì)損失及極大社會(huì)影響，而發(fā)生質(zhì)量及安全事故的最主要原因來(lái)源于端頭土體加固失敗。因此，科學(xué)、合理選用端頭土體加固方法，合理劃定加固范圍，精心組織土體加固施工，及采用合適的鑿除洞門方法和順序是確保盾構(gòu)始發(fā)順利、安全進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。而如何對(duì)端頭土體進(jìn)行承載檢算，從而采取技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的土體加固方法，為工程施工人員共同面對(duì)的一個(gè)課題。

1? 工程簡(jiǎn)介

徐州城市軌道交通2號(hào)線一期工程12標(biāo)的市政府站為中間站，處于昆侖大道與漢風(fēng)路交叉路口，其小里程端接大龍湖站，大里程端接漢源大道站。車站位于昆侖大道北側(cè)且與其平行而設(shè)。采用地下兩層島式站臺(tái)形式，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)型式為單柱雙跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)。車站有效站臺(tái)中心里程處底板埋深約16.6m，凈長(zhǎng)204m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬18.3m。車站采用明挖順做法施工。兩端區(qū)間均為盾構(gòu)法區(qū)間，車站小里程端設(shè)盾構(gòu)接收井，大里程端設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，市政府站地處沖積平原地貌類型中的沖積垅狀高地：即位于黃河故道兩側(cè)，為廢黃河高漫灘，常年堆積黃河流水所挾粉土、粘土而成，地表標(biāo)高39.41～40.88m。兩處車站屬?gòu)U黃河高漫灘地貌類型，表層堆積黃河及古河道沖積的粉土、粉質(zhì)粘土，厚度15～30m，下層為河流沖洪積老粘土，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)王氏組粉砂巖、礫巖。

市政府站大里程端的盾構(gòu)始發(fā)井端頭土體的加固為本車站施工的重難點(diǎn)，如何確保端頭土體加固技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理成為擺在工程技術(shù)人員面前的難題。

2? 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)井加固的目的及需要考慮的影響因素

①進(jìn)行盾構(gòu)入井吊裝時(shí)，因其尺寸大、重量大，均需采用重載吊機(jī)作用于端頭處的地面上，需避免在大荷載的吊裝機(jī)械作用下，軟弱地基在起吊作業(yè)時(shí)出現(xiàn)坍塌、失穩(wěn)情況，或是對(duì)已完成的車站結(jié)構(gòu)造成不利影響。

②盾構(gòu)始發(fā)前，需鑿除洞門處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土，切割鋼筋，以使盾機(jī)能夠順利始發(fā)進(jìn)洞。因洞門處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土厚度大，鑿除施工時(shí)間長(zhǎng)，且洞門位于地下深處，水土壓力大，需防止在鑿除圍護(hù)構(gòu)時(shí)，或盾構(gòu)始發(fā)前開(kāi)挖面暴露的時(shí)段內(nèi)發(fā)生坍塌或是引起地表沉降。

③當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)入和穿過(guò)端頭含砂層、卵石層等地層土體，如土體含水量高、水平滲透系數(shù)大時(shí)，地下水及泥沙從盾構(gòu)機(jī)外殼與始發(fā)洞門之間的空隙流失，嚴(yán)重時(shí)常引起坍塌及地表嚴(yán)重沉降。且本項(xiàng)目采取泥水盾構(gòu)施工，泥水壓力的作用更是促使端頭土體出現(xiàn)流失，從而無(wú)法達(dá)到泥水平衡狀態(tài)，當(dāng)土體強(qiáng)度不足時(shí)，容易坍塌。

基于以上考慮因素，故需對(duì)始發(fā)井端頭處軟弱地基實(shí)施加固措施，目的在于改善端頭處土質(zhì)，增強(qiáng)土體的強(qiáng)度，填塞土體顆粒間的空隙及阻斷地下水，以確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)的安全。與一般建筑的地基加固不同之處除了對(duì)土體強(qiáng)度有要求外，抗?jié)B透性還需達(dá)到要求。

3? 設(shè)計(jì)始發(fā)井端頭加固方案

加固方式，加固的長(zhǎng)、寬范圍的選擇，除了考慮技術(shù)可行外，還需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的合理性思量。即通過(guò)一定的技術(shù)手段制定科學(xué)合理的加固方案，以避免出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)性過(guò)大，或是加固措施及加固范圍過(guò)于保守等情況。本項(xiàng)目采取了以下方法對(duì)加固后土體的承載能力進(jìn)行檢算，以確保做到技術(shù)可行的同時(shí)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。

3.1 土體強(qiáng)度檢算方法

本項(xiàng)目采取圖1的加固土體承載計(jì)算模型對(duì)加固土體進(jìn)行受力分析及檢算，計(jì)算土體所需最小加固長(zhǎng)度，以確保加固土體的安全可靠性。圖1模型將加固后土體簡(jiǎn)化成厚度為t的彈性圓板，其周邊為自由支撐，在水土壓力的作用下，圓板中心承受最大彎曲拉應(yīng)力，支座處產(chǎn)生最大剪應(yīng)力，按照彈性力學(xué)的原理，按（1）、（2）、（3）式進(jìn)行強(qiáng)度檢算。

3.2 加固土體的穩(wěn)定性檢算

3.2.1 促使土體滑動(dòng)的力矩

3.2.2 抵抗土體滑移的力矩

4? 端頭土體加固方案及施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 端頭土體加固方案

市政府站大里程端頭位于②5-3層、②6層中。②6層為廢黃河底部沖積物，呈透鏡體狀，沖擊層厚度為0.9～5.2m。②6層為黏性土含少量砂礫，處于②5-3層的下部，與②5-3層砂質(zhì)粉土相鄰，賦水性一般。②6含粘土粗礫砂層與②5-3層砂質(zhì)粉土中地下水具有弱承壓性，靜水位高程為32.20m，水頭高度5.70m左右，靜水位埋深7.60m，水位變化區(qū)間為1.00～3.00m。

根據(jù)端頭處地質(zhì)條件，結(jié)合以往端頭加固施工經(jīng)驗(yàn)及既有設(shè)備情況，市政府站大里程端的端頭加固采用地面注漿方式，并設(shè)置輔助降水井。

采用注漿法加固地基，可使土體的強(qiáng)度達(dá)1MPa以上，將本項(xiàng)目土體及外部荷載等特征數(shù)據(jù)代入按（1）、（2）、（3）式進(jìn)行計(jì)算，可得滿足承載要求的注漿加固厚度為4.6m，考慮抗?jié)B要求及提高安全保障的需要，將始發(fā)端加固厚度增加至6m。加固寬度為洞門左右兩側(cè)3m范圍，洞門上部3m和下部2m范圍。

4.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

①注漿孔采用單排布置，間距1.0m;注漿管采用Φ48的PVC袖閥管，注漿管長(zhǎng)10.0m，外露地面10cm;注漿漿液采用0.8：1～1：1水泥漿，正常情況下注漿壓力按0.4～0.8MPa控制，漿液注入量按15～30L/min?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)的注漿壓力根據(jù)地質(zhì)情況的不同而作適當(dāng)調(diào)整，但需嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量，確保注漿加固后土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度超過(guò)1MPa。

②袖閥管注漿鉆孔間距1.0m，每個(gè)孔的有效滲透半徑取0.5m，孔位偏差≤50mm。一般情況下選用XY-100型鉆機(jī)，采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，反循環(huán)鉆進(jìn)成孔。當(dāng)砂層較厚、孔內(nèi)易塌孔時(shí)，用?108mm套管護(hù)孔，待孔內(nèi)注入套殼料并下入袖閥管后，才將?108mm套管提出孔外。

③澆注套殼料、袖閥管安裝、固管止?jié){及注漿等工序嚴(yán)格按施工工藝要求進(jìn)行施工，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息，并及時(shí)修正注漿工藝參數(shù)。

④加固質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)注漿加固質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，以掌握端頭土體加固是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果。對(duì)土體軸向鉆孔取樣，取樣孔選取在注漿孔之間，以能觀察漿液的滲透性。檢測(cè)土體強(qiáng)度是否超過(guò)1MPa，及進(jìn)行土體滲透性試驗(yàn)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果評(píng)估加固質(zhì)量，如果達(dá)不到預(yù)期效果，則實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)注漿。

5? 盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞前洞門處理技術(shù)措施

5.1 盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)洞時(shí)洞門密封技術(shù)

為防止在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，地下水或泥砂從盾構(gòu)殼體與洞門間空隙處流失，在盾構(gòu)始發(fā)前，設(shè)置洞門密封裝置。洞門密封由預(yù)埋鋼環(huán)板、簾布橡膠密封板、折葉壓板等構(gòu)成（如圖5所示）。

5.2 鑿除洞門的技術(shù)措施

①鑿除洞門前，在洞門上水平打設(shè)9個(gè)水平探水孔，探水孔布置如圖6所示。當(dāng)探水孔出現(xiàn)透水現(xiàn)象時(shí)，則堵塞探水孔，對(duì)盾構(gòu)始發(fā)端頭采取有效加固措施。

②為了保證始發(fā)井洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，鑿除洞門分兩步實(shí)施，第一步在注漿加固端頭土體經(jīng)檢驗(yàn)合格，且鉆設(shè)水平探水孔顯示無(wú)透水后開(kāi)始鑿除，第一步鑿除完成后，盾構(gòu)始發(fā)設(shè)備下井;第二步在盾構(gòu)始發(fā)設(shè)備安裝調(diào)試完成，始發(fā)進(jìn)洞前快速完成，盡量避免洞門暴露時(shí)間。

③搭設(shè)雙排鋼筋腳手架進(jìn)行鑿除，由上至下分層分塊進(jìn)行。水平方向首先鑿除至地下連續(xù)墻外側(cè)鋼筋網(wǎng)，氧焊切割鋼筋網(wǎng)后繼續(xù)鑿除地下連續(xù)墻混凝土，直到內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)外露為止，然后暫停。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤前行到連續(xù)墻前快速切割剩余鋼筋及混凝土等多余結(jié)構(gòu)，然后立即使盾構(gòu)機(jī)始發(fā)進(jìn)洞。洞門鑿除順序見(jiàn)圖7所示。

6? 結(jié)束語(yǔ)

端頭土體加固是盾構(gòu)始發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從加固方案設(shè)計(jì)、加固施工至鑿除洞門的每一步均要精心組織，以確保達(dá)到預(yù)期的效果。始發(fā)前檢查端頭土體加固質(zhì)量，確保土體的強(qiáng)度及滲透性能符合設(shè)計(jì)要求。洞門鑿除的第二步要快速施工，并清理干凈雜物，切割干凈鋼筋，避免掌子面暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

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