極軟流塑地層盾構常壓開倉清障施工技術及應用

周強 楊浩

【摘 要】通過對以淤泥質黏土為代表的極軟流塑地層土壓平衡盾構常壓進倉清障的施工技術進行分析整理，結合杭州至海寧城際鐵路工程斜橋鎮(zhèn)站～皮革城站工程實例，總結出一套系統(tǒng)規(guī)范，安全可靠的在極軟流塑地層下盾構開倉清障的施工工藝，以期在同類型工程中起到一定的指導與借鑒作用。

【關鍵詞】極軟流塑地層；盾構常壓進倉；三軸攪拌樁加固；鉆孔取土

1 概述

伴隨隧道及地下空間廣闊發(fā)展的時代，面臨軌道交通史無前例的高潮，盾構法因具有對周圍環(huán)境影響小，自動化程度高，施工快捷，優(yōu)質高效，安全環(huán)保等諸多特點。在地層條件差，地質情況復雜，地下水位多變等惡劣環(huán)境下，盾構法脫穎而出，顯示出其強大的優(yōu)勢。

滬嘉杭平原為代表的華東地區(qū)處于極軟流塑地層。極軟流塑地層土體天然含水率高，孔隙比大，塑性指數，液性指數遠高于一般地層土體。在杭州至海寧城際鐵路工程斜橋鎮(zhèn)站～皮革城站右線盾構施工過程中，盾構掘進時刀盤將地下橫穿隧道的廢棄PE管道（外徑560mm，內徑500mm）攪入土倉，因該管材的特殊性，不能隨螺旋輸送機出土而被帶出，進而堵塞螺旋機入土口導致不能出土。因土倉內有大量該管道碎片，若要恢復正常掘進，需開倉進行徹底清理。

2 工程地質條件

根據勘察報告，該區(qū)間隧道所處地層主要為：淤泥質黏土、粉質黏土、黏質粉土、淤泥質黏土。本次工程中，盾構開倉清障的全斷面隧道位于淤泥質黏土層中，其土體自穩(wěn)能力極差，自身強度低，抗變形能力差，含水量高，地下水極易流失，容易引起地層收縮固結。

3 總體處置方案

鑒于盾構機遇阻停機位置位于淤泥質粘土土層，且隧道平面處于半徑R=2400m曲線，縱坡為11.5%，隧道頂覆土約10m，地面位于海州西路北側主干道下方，不能滿足常壓進倉清障條件，總體采用“三軸攪拌樁土體加固+鉆孔排樁取土、盾構空推+降水輔助+常壓進倉清障”的綜合處置方案。

4 關鍵施工技術

4.1 鉆孔取土施工技術

由于盾構機無法正常出土掘進，需在刀盤前方進行鉆孔取土以輔助盾構推進，鉆孔孔徑為Φ1200mm，孔距1300mm，采用旋挖鉆機成孔。

由于刀盤前方第一排取土樁與土體相接，為防止刀盤底部兩側土體侵入加固區(qū)，第一排取土樁施工時需預留部分土體。

4.1.1 鉆機就位

鉆機安放前，先將樁孔周邊墊平，使地面平整，確保鉆機安放到位后機身平穩(wěn)。鉆機就位時應確保機架的天車中心及樁位中心在同一鉛垂線上，其對中誤差不得大于20mm，鉆機就位后，測量鉆機平臺標高以控制鉆孔深度，避免超鉆或少鉆。正式鉆孔前，鉆機要先直行運轉試驗，檢查鉆機的穩(wěn)定和機況，確保后面成孔施工能連續(xù)進行。

4.1.2 鉆進成孔

在鉆進中經常檢測鉆機的垂直度，并隨時調整，作好詳細記錄。在成孔施工中還應根據不同的地層適時調整參數。

4.1.3 成孔質量檢查

成孔結束后，采用測繩及卷尺對成孔質量進行檢測。

4.2 盾構空推施工技術

由于盾構機前方已進行取土施工，盾構推進時推力不足會導致后部管片松弛，因此在盾構推進前應對后部10環(huán)管片螺栓進行復緊，同時采用采用14b槽鋼沿隧道縱向拉緊，每環(huán)6道。

盾構推進速度應控制在30mm/min以內，空推時盡量避免轉動刀盤或采用最低轉速，防止姿態(tài)難以控制。

4.3 孔洞回填施工技術

盾構推進完成后對上部進行M10砂漿回填，為避免砂漿回填導致刀盤堵塞，盾構上部1m范圍內先采用回填粘土進行隔離。

待砂漿強度達標后，再進行下一循環(huán)施工。為提前工期，可在砂漿中摻入1%的早強劑（氯化鈣）。

4.4 止水環(huán)箍施工技術

為確保開倉安全，計劃在盾構機前盾、中盾膨潤土注入孔以及盾尾管片施做止水環(huán)箍，止水材料分別為盾尾油脂、聚氨酯及雙液漿。

4.4.1 盾尾第二環(huán)注聚氨酯

首先用聚氨酯泵在盾尾第二環(huán)管片上注入聚氨酯，共注5孔（管片封頂塊除外）。一是起止水作用，二是防止尾部壓注雙液漿時損壞盾尾刷。

4.4.2 盾尾第五第六環(huán)位置注雙液漿

采用雙液注漿機分別注入兩道雙液漿止水環(huán)箍，共注5孔（管片封頂塊除外），水泥漿水灰比為1：1，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數2.4～2.8，波美度30～42Be，水泥漿與水玻璃體積比1：1～1：0.5；注漿壓力控制在0.4Mpa以內。

4.4.3 前盾膨潤土注入孔注盾尾油脂

在盾構機前盾膨潤土注入孔采用盾尾油脂泵注入盾尾油脂，注入孔距離刀盤2.68m，共六孔，一是起到止水作用，二是防止中盾注入聚氨酯時有害氣體侵入土倉，導致作業(yè)人員中毒。

4.4.4 中盾膨潤土注入孔采用聚氨酯泵注入聚氨酯

在盾構機中盾膨潤土注入孔采用聚氨酯泵注入聚氨酯，注入孔距離刀盤4.1m，共六孔。

4.5 常壓開倉清障施工技術

4.5.1 出碴降壓

為防止人倉閘門打開時發(fā)生倉內泥土大量涌出，先在地面加固區(qū)內刀盤前方采用旋挖鉆施工兩個卸壓孔，取孔深度為刀盤底部以下50cm，將孔內土體取空，使上部土倉壓力降至0～0.1bar，同時在孔底放置一臺水泵，持續(xù)抽水使孔內水位保持在刀盤底部以下，確保開倉作業(yè)安全。

4.5.2 倉內氣體檢測

各項準備工作就緒后，核查土倉壓力傳感器顯示已經降低到0～0.1bar后，土倉渣土已經出至人倉以下，打開人閘門旁通往土倉的球閥，泄氣并進行氣體檢測。

4.5.3 開倉前壓風排氣和氣體檢測

利用盾構機原有預留人倉保壓系統(tǒng)的管線作為排氣管路，盾構機主機內和拖車上全部使用原有的管路（可承壓的膠管和鋼管），排氣管出口設在拖車上，利用泡沫系統(tǒng)管路，通過刀盤上的泡沫孔，向內壓風，同時打開原保壓系統(tǒng)管路閥門（如果孔口被堵，方法同檢測孔清理），將壓出氣體排放至預定區(qū)域，氣體通過洞內壓入新鮮的空氣的稀釋，隨洞內空氣一起排放出洞外。

4.5.4 打開倉門

由一名作業(yè)人員進入人閘倉，倉口處須有1名人員協(xié)助把活體動物（如鳥類）放入土倉下部持續(xù)30min觀察，確認安全后，第一名作業(yè)人員先進土倉觀察掌子面的地質情況及其它情況，人員進入倉內要有繩索綁扎由倉外人員拉緊，如有特殊情況隨時拉出。

4.5.5 土倉內通風與氣體檢測

洞外通風機設置在盾構機的右側，位于洞外新鮮風流附近，保證管路的暢通。同時在土倉口安置1臺風機，洞內通風機采用380v電壓，風量25m3/min的中壓式風機，確保通風連續(xù)。

4.5.6 清障施工

當上部土倉壓力降至0～0.1bar后，先利用閘門旁Φ50mm觀察孔觀察倉內土體情況，在確保安全后便可打開閘門進入土倉內進行清障作業(yè)。

進倉作業(yè)人員主要使用工兵鏟、洋鎬及手持風鎬進行開挖，攪入土倉的PE管使用電動往復鋸進行割除。

4.5.7 關閉倉門

土倉異物處理完畢后對土倉及刀盤前方進行全面的檢查，避免工具、雜物遺留在土倉內。確認后關閉所有預留送風口、排氣口、閥門及倉門，一切符合要求后盾構機恢復掘進。

5 結束語

本次極軟流塑地層盾構開倉清障施工工法通過應用“三軸攪拌樁土體加固+鉆孔排樁取土、盾構空推+ 降水輔助+常壓進倉清障”的綜合工藝，從盾構機周邊土體加固，鉆孔取土，盾構空推，降水輔助，出渣降壓、常壓進倉清障等工序步驟來分析，總結一套系統(tǒng)、規(guī)范、安全、可靠的在極軟流塑地層下，盾構開倉清障施工工藝，以期在同類型工程中起到一定的指導與借鑒作用。

參考文獻：

[1] 建筑地基處理技術規(guī)范.北京；中國建筑工業(yè)出版社，2012年

[2] 建筑樁基技術規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008年

[3] 水下深層水泥攪拌法加固軟土地基技術規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004年

[4] 盾構法隧道施工與驗收規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017年

（作者單位：1浙江杭海城際鐵路有限公司；

2中鐵隧道局集團有限公司市政工程公司）