富水砂層運(yùn)營車站鋼套筒盾構(gòu)接收技術(shù)研究

王旭波

（中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710032）

土壓平衡盾構(gòu)法是目前城市隧道施工當(dāng)中采用的主要方法之一，尤其是針對軟土地區(qū)，在土壓平衡盾構(gòu)法中地下水的處理是整個施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盾構(gòu)始發(fā)和接收是整個盾構(gòu)法施工時關(guān)鍵的風(fēng)險因素，其是否能夠完成盾構(gòu)接收將影響地鐵隧道的通行。注漿法、凍結(jié)法以及鋼套筒等都是施工中常用方法，這些方法在實(shí)際工程施工中均能夠獲得良好的效果。但針對一些特殊地質(zhì)條件還需要對上述方法進(jìn)行完善，文章主要以蘇州地鐵盾構(gòu)建設(shè)工程作為研究對象，深入探究端頭加固施工技術(shù)和成樁效果。

1 工程概況

1.1 設(shè)計分析

文章以蘇州地鐵5號線5標(biāo)地鐵盾構(gòu)接收車站作為研究對象，該標(biāo)段共包含兩個盾構(gòu)區(qū)間，投入7#和8#2臺盾構(gòu)機(jī)分別進(jìn)行掘進(jìn)施工，其中竹園路站～港務(wù)路站區(qū)間采用8#盾構(gòu)法施工，8#盾構(gòu)機(jī)從港務(wù)路站西端頭井左線始發(fā)，掘進(jìn)至竹園路站東端頭后盾構(gòu)調(diào)頭，從竹園路站東端頭井右線始發(fā)，掘進(jìn)至港務(wù)路站西端頭右線吊出。盾構(gòu)區(qū)間所使用的管片內(nèi)徑為5500mm、外徑為6200mm、寬度為1500mm、厚度為350mm，采用錯縫連接的方式，在管片環(huán)縱縫間使用螺彎螺栓進(jìn)行有效連接，其中環(huán)縫使用16個螺栓，縱縫使用12個螺栓進(jìn)行連接。

1.2 地質(zhì)情況分析

該地理位置接收地層主要包括雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、黏粉砂等。接收洞身圍巖是以粉質(zhì)黏土為主，第一承壓含水層是粉砂，該水層的水頭標(biāo)高為0.1m，粉質(zhì)黏土是該承壓含水層的隔水底板；第二承壓含水層為粉砂，標(biāo)高為-1.0m，第11和第10層粉質(zhì)黏土是承壓含水層的隔水底板。第一、二層承壓水間的隔水厚度達(dá)到4～10m。

1.3 環(huán)境因素分析

東北側(cè)110kV高壓線桿是停用線路，距離加固區(qū)域?yàn)?m，距離端頭井位置為6.5m，高壓線距離地面標(biāo)高為12m，其位置無其他管線鋪設(shè)。

2 接收密封施工方案

從設(shè)計方案上來看，在接受之前需要加固工作井端頭部分位置的土體，可以使用旋噴包角、攪拌加固等方式。搭接距離為250mm；高壓螺旋裝的加固樁徑，間距分別為650mm和450mm。在攪拌樁加固隧道的上、下3m和4m為加強(qiáng)加固區(qū)，隧道頂部3m以上到達(dá)地面位置是弱加固區(qū)。具體施工平面圖如圖1所示。

圖1 竹園路東端頭井底板平面圖（單位：mm）

施工密封性和安全性是關(guān)鍵點(diǎn)，1個月齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)高于0.8MPa，滲透系數(shù)低于10-8cm/s，而對于弱加固區(qū)土體經(jīng)過加固之后強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)高于原土體強(qiáng)度。從加工效果上來看，完成土體的加固之后，在盾構(gòu)接受期間需要采取取芯法進(jìn)行加固體檢驗(yàn)，取芯樣品的尺寸信息為（70×70×70）mm，齡期為40d，分別取6組樣品獲得平均抗壓強(qiáng)度，其抗壓強(qiáng)度為11.3MPa，可滿足設(shè)計要求。為分析密封效果需要對洞門完成水平探孔，其深度為3m，打穿連續(xù)墻使其可達(dá)到加固區(qū)域，發(fā)現(xiàn)會存在一定的漏水問題。及時關(guān)閉閥門之后進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)在探孔過程中出現(xiàn)漏水主要是由于盾構(gòu)接收端頭加固質(zhì)量很難控制，且該車站是一種地下結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)接收地層主要位于粉質(zhì)黏土和粉砂，粉砂層硬度較高，端頭加固使用旋噴樁時成樁難度較大，進(jìn)而會導(dǎo)致在加固探孔過程中端頭出現(xiàn)漏水的問題。

3 加固方案

結(jié)合探孔存在的漏水問題，需要對接收一定范圍內(nèi)的土體進(jìn)行二次加固，具體措施如下：

（1）需要在原加固區(qū)域使用WSS雙液注漿而形成止水帷幕，要求注漿深度達(dá)到23m，使用水泥水玻璃雙液漿的方式，其加固壓力為2.2MPa，能夠起到良好的阻止效果。

（2）在洞門范圍內(nèi)斜向進(jìn)行注漿，加固范圍向外延伸4m，確保在破除洞門時加固土體的安全性。洞門范圍水平注漿能夠注入洞門下半環(huán)的位置，底部的孔距和兩側(cè)孔距分別為400mm、800mm，隧道軸線和注漿口呈現(xiàn)20°向周邊布設(shè)，壓力為1.5MPa。

（3）采用雙高壓旋噴加固的方式，再向地下連續(xù)墻進(jìn)行600mm范圍內(nèi)增加一排雙高壓懸噴樁進(jìn)行加固，這種雙高壓旋噴型號為800mm、600mm，注漿壓力達(dá)到30MPa，提升速度達(dá)到100mm/min，完成一遍復(fù)噴之后需要提高速度至150mm/min。針對加縫在處理過程中需要在兩端使用WSS的雙液注漿進(jìn)行封堵，之后可以使用雙高壓旋噴裝置，要求樁間距為500mm，壓力為30MPa，提升速度為100mm/min，2遍復(fù)噴之后速度提高到150mm/min。

（4）應(yīng)急降水。針對端頭加固位置可以設(shè)置8個降水井，在接收過程中應(yīng)急降成壓水完成端口的注漿之后，需要進(jìn)行降水井施工，該降水井的深度水平間距隧道下縫參數(shù)分別為25m、5m、5m，將其深入2層3m的粉質(zhì)黏土層中。采取上述的加固措施之后，再次對洞門進(jìn)行探水測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不存在滲漏水的問題，基本能夠滿足盾構(gòu)接收的相關(guān)要求。

4 盾構(gòu)前的準(zhǔn)備

4.1 復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)施工過程中進(jìn)入盾構(gòu)一定范圍之后，需要準(zhǔn)確測量盾構(gòu)機(jī)的位置，進(jìn)一步明確進(jìn)洞隧道中心軸線和隧道中心軸線之間的關(guān)系，同時還需要復(fù)核測量接收洞門的位置，以進(jìn)一步確定盾構(gòu)機(jī)的貫通姿態(tài)和決定糾偏計劃，逐步完成糾偏。比如以左線接收作為研究對象，共設(shè)計463環(huán)，在接收過程中要求左線盾構(gòu)機(jī)位于449環(huán)，經(jīng)過測量之后偏差為前后各-16mm、-7mm，垂直偏差前后分別為15mm、-11mm，其盾構(gòu)姿態(tài)是符合相應(yīng)設(shè)計要求的。洞門中心水平垂直偏差分別為-20mm、-30mm，符合相應(yīng)的設(shè)計要求。

4.2 管片拉結(jié)

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)達(dá)到一定的掘進(jìn)位置之后，需要減小盾構(gòu)的推動作用力，當(dāng)隧道貫通之后由于盾構(gòu)前方并沒有反推力，因此會導(dǎo)致管片之間環(huán)縫連接不緊密，進(jìn)而產(chǎn)生漏水的問題。對此，需要采取措施確保管片拼接質(zhì)量，即在基座接收過程中焊接反力塊來增加盾構(gòu)機(jī)的反推動作用力。在最后的11環(huán)管片中可以在吊裝孔位置利用槽鋼進(jìn)行拉結(jié)，避免管片松動。

4.3 破除洞門

在盾溝機(jī)的切口進(jìn)入加固層后，距離洞門30mm的位置，需要停止盾構(gòu)推力，將正面切口的正面推進(jìn)壓力值降到最低，使土倉泥土出空，實(shí)現(xiàn)洞門的鑿除。在洞門鑿除過程中需要分3步進(jìn)行：（1）需要鑿除洞門內(nèi)層的鋼筋；（2）需要鑿除中間的混凝土位置，保留最外層的鋼筋，完成洞圈內(nèi)直水鋼板焊接；（3）需要在洞口頂部再次進(jìn)行鑿除，完成洞門鑿除。

4.4 二次接收施工工藝

盾構(gòu)機(jī)刀盤抵達(dá)連續(xù)墻后：

（1）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到800mm、第458環(huán)之時，刀盤抵達(dá)連續(xù)墻，利用盾尾的管片空隙注漿，填充完整，同時還需要對第454、453環(huán)完成二次注漿。

（2）在加固體和管片之間利用漿液將進(jìn)行空隙封閉，同時還可以通過盾體設(shè)置注漿孔，進(jìn)行聚氨酯的充填，防止地下水沿管片外空隙或者盾殼外部間隙進(jìn)入加固體內(nèi)部。

（3）焊接動圈內(nèi)形成弧形鋼板圈，注意接收焊接洞圈的盾構(gòu)外徑和其直徑的間隙，本案例盾構(gòu)外徑洞門圈的內(nèi)徑、間隙、單邊參數(shù)分別為6450mm、6700mm、125mm，在盾構(gòu)進(jìn)洞之前需要在洞穴內(nèi)部焊接鋼板，進(jìn)而縮小洞圈和盾殼之間的間隙，同時還需要利用海綿條進(jìn)行填充，防止盾構(gòu)進(jìn)洞過程中洞圈形成空隙。

（4）完成盾構(gòu)的一次接收，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到700mm和第460環(huán)時，刀盤出洞門圈邊緣之后需要停止盾構(gòu)推動力，并且在盾殼和洞門圈完成弧形鋼板的焊接，完成焊接之后需要立刻用冷凝水泥封堵鋼板和鋼圈縫隙。

（5）完成洞圈封堵后，需要結(jié)合實(shí)際漏水情況確定是否需要再次進(jìn)行柱液漿。如果無滲漏問題則無需進(jìn)行注漿，之后進(jìn)行快速掘進(jìn)，如果漏水需要利用管片吊裝孔，從第455～460環(huán)之間使用壁厚后填充水泥的方式，要求水泥漿配比為1∶1，注漿壓力為0.2MPa。

5 小結(jié)

綜上所述，高壓旋噴裝的方式在富水砂層成樁效果一般，在粉質(zhì)黏土層中能夠獲得良好的成樁效果，在實(shí)際施工當(dāng)中還可以使用WSS垂直注漿的方式，控制注漿凝結(jié)時間。在周圍條件理想的基礎(chǔ)上適當(dāng)抽取地下水，降低承壓水水頭，能夠確保盾構(gòu)實(shí)現(xiàn)安全接收，采用二次接收的方式能夠提高盾構(gòu)的安全性接收。