地鐵車輛段出入線大盾構(gòu)小間距超淺埋下穿河流安全施工技術(shù)

唐 斌

(中國電力建設(shè)集團(tuán)成都建設(shè)投資有限公司，成都 610212)

隨著我國城市地鐵的快速發(fā)展，難免遇到特殊條件下的施工技術(shù)難題，如城市立交下車站工法選擇及圍護(hù)樁施工[1]、高寒地區(qū)地鐵防水[2]、富水砂層盾構(gòu)掘進(jìn)[3]、盾構(gòu)隧道近接下穿地下大型結(jié)構(gòu)施工影響[4-5]、盾構(gòu)下穿運(yùn)營隧道保護(hù)[6]以及重疊隧道盾構(gòu)下穿高鐵軌道群加固技術(shù)[7]等。

城市內(nèi)河流眾多，必須解決地鐵區(qū)間隧道下穿河流施工技術(shù)難題。下穿河流多采用泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工，如南京地鐵3號(hào)線泥水平衡盾構(gòu)下穿秦淮河[8]。但泥水平衡盾構(gòu)因需泥水分離設(shè)備和場(chǎng)地，其造價(jià)高。為了降低造價(jià)，對(duì)于寬度不大的河流，地鐵行業(yè)多采用土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)行下穿施工。

南昌地鐵1號(hào)線中山西路站—子固路站盾構(gòu)區(qū)間下穿撫河，采用拆除既有樁基等障礙物、河道范圍施作圍堰排水、設(shè)置混凝土板抗浮、深層攪拌樁加固土體以及選擇土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和加強(qiáng)掘進(jìn)控制，盾構(gòu)順利穿越了撫河[9]。

成都地鐵18號(hào)線工程土建4標(biāo)合江車輛段出入線盾構(gòu)區(qū)間下穿東風(fēng)渠，出入線隧道與東風(fēng)渠豎向最小凈距離為4.1 m，而盾構(gòu)機(jī)直徑?8.65 m，為小間距和超淺埋下穿。河床底部淤泥層較厚(1.0 m左右)，大直徑盾構(gòu)掘進(jìn)安全風(fēng)險(xiǎn)高，容易冒頂引起涌水事故，而且建成的盾構(gòu)隧道抗浮也難以滿足要求。因此，解決大盾構(gòu)小間距超淺埋下穿河流安全施工技術(shù)難題有其重要意義。

圖1 出入線盾構(gòu)區(qū)間下穿東風(fēng)渠

1 依托工程概況

成都地鐵18號(hào)線工程土建4標(biāo)合江車輛段出入線盾構(gòu)區(qū)間下穿東風(fēng)渠，如圖1所示。下穿處東風(fēng)渠寬度為25 m，最大水位約2 m，出入線左右盾構(gòu)隧道穿越影響東風(fēng)渠的長(zhǎng)度約160 m。出入線隧道與東風(fēng)渠豎向最小凈距離為4.1 m。如果施工方法選擇不當(dāng)、參數(shù)選擇與控制不佳，極易造成河道頂穿，河水涌入隧道內(nèi)部的嚴(yán)重后果，且盾構(gòu)直徑較大，后期成型隧道極易在強(qiáng)大的浮力作用下上浮，破壞隧道成型質(zhì)量，施工難度相當(dāng)大，施工技術(shù)要求非常高。

采用2臺(tái)鐵建重工研發(fā)的ZTE8600型復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，進(jìn)行合江車輛段出入線隧道掘進(jìn)施工。盾構(gòu)機(jī)直徑?8.65 m，主機(jī)不包含螺旋機(jī)長(zhǎng)度為10.5 m、包含螺旋機(jī)長(zhǎng)約16.5 m、全長(zhǎng)114 m、重 1 100 t。隧道內(nèi)徑7.5 m，管片厚度40 cm，管片寬度1.8 m。盾構(gòu)主要穿越中風(fēng)化泥巖地層，局部穿越中風(fēng)化砂巖。

2 大盾構(gòu)小間距下穿河流安全施工技術(shù)

2.1 河底隔水層施工

(1)河底淤泥換填。對(duì)河床底部1.0 m深度內(nèi)的淤泥及淤泥質(zhì)土采用黏土進(jìn)行換填，充分利用黏土的不透水性形成一輔助防水層，如圖2(a)所示。

(2)隔水層施作。在黏土層上澆筑混凝墊層，然后在河底和兩岸鋪設(shè)土工布形成隔水層，如圖2(b)所示。

圖2 河底換填與隔水層施工

圖3 河底抗浮壓板施工

2.2 河底抗浮壓板施工

在土工布隔水層上綁扎鋼筋，如圖3(a)所示。采用C35抗?jié)B性混凝土(抗?jié)B等級(jí)P8)，澆筑盾構(gòu)隧道抗浮壓板，厚度為50 cm，如圖3(b)所示。充分利用混凝土的自防水水性形成最外層的防水層，同時(shí)利用澆筑的混凝土板的重量壓住大直徑盾構(gòu)隧道的管片襯砌結(jié)構(gòu)，從而提高其抗浮的能力。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

根據(jù)盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)本區(qū)間泥巖地層的常規(guī)掘進(jìn)參數(shù)的采集和分析總結(jié)，針對(duì)近距離下穿現(xiàn)在河道的特殊工程環(huán)境，對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最大限度減少土體擾動(dòng)和沉降損失，通過對(duì)穿越前100 m區(qū)間掘進(jìn)試驗(yàn)的參數(shù)調(diào)整來對(duì)比分析，得出優(yōu)化后的掘進(jìn)參數(shù)，列于表1中。

表1 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

2.4 渣土改良

采用以添加泡沫為主、膨潤(rùn)土為輔的渣土改良工藝，提高渣土和卵石的流動(dòng)性，達(dá)到合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力。改良后的渣土可降低刀盤、螺機(jī)的油壓及盾構(gòu)推力，減小刀盤扭矩，減輕砂卵石地層對(duì)盾構(gòu)設(shè)備的磨損，提高掘進(jìn)速度和設(shè)備的使用壽命，防止渣土在皮帶機(jī)上打滑，使盾構(gòu)機(jī)達(dá)到理想的工作狀態(tài)。泡沫溶液的組成為：泡沫添加劑3%、水97%，壓縮空氣90%～95%和泡沫溶液5%～10%。泡沫的添加率按每環(huán)管片20%～25%開挖土方量計(jì)算，則每環(huán)的泡沫注入量原液為80～120 L。膨潤(rùn)土溶液配比(質(zhì)量比)為，水∶膨潤(rùn)土=7.5∶1，即1 m3水加133 kg膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土溶液的注入率為每環(huán)管片15%的開挖土方量。

2.5 壁后二次保壓注漿

采用水泥砂漿作為同步注漿材料，該漿材具有結(jié)石率高、結(jié)石體強(qiáng)度高、耐久性和能防止地下水侵蝕的特點(diǎn)。水泥采用42.5抗硫酸硅酸鹽水泥，以提高注漿結(jié)石體的耐腐蝕性，使管片處在耐腐蝕注漿結(jié)石體的包裹內(nèi)，減弱地下水對(duì)管片混凝土的腐蝕。每方漿液配比列于表2中。

表2 注漿材料配比

其漿液的主要物理力學(xué)性能指標(biāo)：膠凝時(shí)間為3～5 h；1 d強(qiáng)度≥0.2 MPa；28 d強(qiáng)度≥2.5 MPa；漿液結(jié)石率>95%；漿液稠度8～12 cm；漿液傾析率<5%。現(xiàn)場(chǎng)二次注漿如圖4所示，采用“少量多次” 原則，每環(huán)注8個(gè)孔，同一環(huán)管片按“先拱底再拱腰后拱頂且對(duì)稱的方式” 進(jìn)行注漿，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。通過二次保壓注漿填充管片壁厚空隙，提高盾構(gòu)隧道圍巖防水能力，增強(qiáng)管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和控制盾構(gòu)隧道的沉降等措施，減小下穿河床的沉降量值，避免河床開裂漏水，危及到盾構(gòu)隧道的安全。

圖4 管片壁后二次注漿

3 技術(shù)應(yīng)用效果分析

3.1 下穿盾構(gòu)掘進(jìn)效果

盾構(gòu)穿越段25 m，掘進(jìn)速度20～30 mm/min，平均6環(huán)/d，3 d完成了下穿盾構(gòu)掘進(jìn)工作。采用提出的“大盾構(gòu)小間距下穿河流安全施工技術(shù)”后，盾構(gòu)掘進(jìn)減少了對(duì)河床土體的擾動(dòng)，增大了管片間隙填充的飽滿與密實(shí)度，將地層損失率降低到1.0%以內(nèi)，有效減少隧道上方土體的變形沉降，抗浮板沉降的最大值僅為11.76 mm。該技術(shù)保證了盾構(gòu)穩(wěn)定、均勻、安全的穿越東風(fēng)渠，達(dá)到了安全穿越的預(yù)期效果。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)河床二次加固費(fèi)用。本技術(shù)的應(yīng)用避免了河床的二次加固，二次加固需人工6人，每人180元/d，預(yù)計(jì)鉆孔200根，每根3 m，每孔補(bǔ)漿需耗時(shí)1.5 h，20 d完成全部注漿。節(jié)省人工費(fèi)2.4 萬元，節(jié)省注漿費(fèi)用12萬元。

(2)盾構(gòu)機(jī)租賃費(fèi)用。本技術(shù)采用的抗浮壓板提前進(jìn)行施工，不影響盾構(gòu)正常掘進(jìn)，節(jié)省工期5 d，盾構(gòu)機(jī)平均每天掘進(jìn)9 m，盾構(gòu)機(jī)每延米租賃費(fèi)用1.2萬元。則節(jié)省盾構(gòu)機(jī)租賃費(fèi)用 108萬元。

(3)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?？偟慕?jīng)濟(jì)效益為122.4萬元，大直徑盾構(gòu)隧道小間距穿越河流安全施工技術(shù)，可最大限度保障原河流，不對(duì)原水系造成改變。確保盾構(gòu)隧道部上浮，對(duì)盾構(gòu)隧道成型質(zhì)量有較高的保障。

4 結(jié) 語

針對(duì)成都地鐵18號(hào)線合江車輛段出入線大盾構(gòu)小間距超淺埋下穿東風(fēng)渠工程，提出了用黏土換填河底的淤泥、施工隔水層和抗浮壓板、控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、改良渣土以及壁后二次保壓注漿的綜合措施，建立了地鐵車輛段出入線大盾構(gòu)小間距超淺埋下穿河流安全施工技術(shù)。該技術(shù)的成功應(yīng)用，安全順利地完成了成都地鐵18號(hào)線合江車輛段出入線下穿東風(fēng)渠施工，有效解決了下穿河流安全施工風(fēng)險(xiǎn)問題，提高了盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的抗浮能力，產(chǎn)生了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似工程提供技術(shù)參考。在今后的工作中若遇到同樣的情況，建議做明挖方案和盾構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比分析(從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面)，得出較優(yōu)的方案。