富水易液化砂層盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)探討

徐 泉

(南通市建設(shè)安全生產(chǎn)監(jiān)督站，江蘇 南通 226000)

1 引言

當(dāng)前，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，原有的城市交通系統(tǒng)已無(wú)法滿足人們的出行需求，同時(shí)，越來(lái)越擁擠的道路也制約著城市的發(fā)展。鑒于以上問(wèn)題，我國(guó)許多一二線城市開(kāi)始修建地鐵隧道以解決日益突出的城市交通問(wèn)題。城市軌道交通的發(fā)展離不開(kāi)盾構(gòu)施工法的運(yùn)用，從目前的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，盾構(gòu)法在施工的始發(fā)階段很容易出現(xiàn)工程事故[1]。本文通過(guò)對(duì)始發(fā)技術(shù)的闡述，以期找到好的方法保證盾構(gòu)始發(fā)施工順利、快速和安全地進(jìn)行。

2 盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)

2.1 端頭加固施工

在盾構(gòu)始發(fā)之前需要進(jìn)行端頭加固施工，目的是保證洞門(mén)破除和始發(fā)掘進(jìn)的安全性。始發(fā)端頭加固一般采用深層攪拌樁加固法、旋噴樁加固法、旋挖素砼樁法、地面水平和垂直注漿加固法、凍結(jié)法等。施工中，需要根據(jù)不同的地層環(huán)境和施工環(huán)境選擇合適的加固方法，目的是保證加固效果和控制施工成本。

2.1.1 端頭加固工藝

南—太區(qū)間始發(fā)端頭地層主要為粉質(zhì)黏土、粉砂層，結(jié)合地層情況、水文條件以及周邊環(huán)境，采用Φ850@600三軸攪拌樁加固，樁間搭接250 mm。加固體與地下連續(xù)墻或槽壁加固之間300 mm的空隙采用Φ800三重管高壓旋噴樁加固，樁間搭接300 mm，加固體外圍采用Φ850@600三軸攪拌樁套打止水帷幕止水。端頭加固詳見(jiàn)圖1。

圖1 南—太區(qū)間始發(fā)端頭加固示意圖

2.1.2 端頭加固效果檢測(cè)

端頭加固完后需要對(duì)加固土體進(jìn)行取芯檢測(cè)，目的是檢測(cè)加固體的強(qiáng)度和滲漏情況。具體措施如下：

(1)加固完成數(shù)周后對(duì)加固體強(qiáng)度進(jìn)行檢查，分別在兩個(gè)樁上離樁芯15、30和45 cm的地方進(jìn)行全取芯鉆孔。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu不小于1.0 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10 cm/s。檢驗(yàn)不合格者，應(yīng)在不合格的點(diǎn)附近進(jìn)行補(bǔ)噴或采取有效補(bǔ)救措施。

(2)在加固體的強(qiáng)度達(dá)到要求以后，盾構(gòu)始發(fā)前15～20 d對(duì)加固體的滲漏性進(jìn)行檢查。在車(chē)站端頭洞門(mén)內(nèi)水平鉆9孔，成“米”字形均勻布置，長(zhǎng)度深入攪拌樁加固體0.5 m，孔徑50 mm，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為探孔不能出現(xiàn)連續(xù)流沙、流水。同時(shí)在洞門(mén)下部及洞門(mén)兩側(cè)側(cè)墻位置各增加兩個(gè)探孔，以確保洞門(mén)鑿除過(guò)程安全。洞門(mén)探孔布置詳見(jiàn)圖2。

圖2 洞門(mén)探孔布置

2.2 洞門(mén)破除

目前各城市地鐵隧道施工中，洞門(mén)圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻或玻璃纖維筋(GFRP)結(jié)構(gòu)。其中，玻璃纖維筋結(jié)構(gòu)(GFRP)一般不需要人工破除，刀盤(pán)可以直接開(kāi)挖，而鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)則需要經(jīng)過(guò)人工破除。洞門(mén)破除施工工期長(zhǎng)，所以洞門(mén)破除時(shí)間選擇在盾構(gòu)機(jī)調(diào)試和盾尾內(nèi)負(fù)環(huán)管片拼裝完成之后，目的是保證洞門(mén)破除后，刀盤(pán)能及時(shí)進(jìn)入掌子面，減少土層暴露時(shí)間。在破除過(guò)程中，要隨時(shí)測(cè)量破除洞口的尺寸，避免鋼筋或混凝土因?yàn)槠瞥粡氐自斐煽ǖ侗P(pán)事故。

2.3 安裝洞門(mén)密封裝置

洞門(mén)密封裝置的安裝是盾構(gòu)始發(fā)之前一道很重要的工序，作用是防止始發(fā)時(shí)出現(xiàn)涌水涌沙事故。洞門(mén)密封裝置主要由翻板、止水卷簾、雙頭螺栓、圓環(huán)板和鋼護(hù)筒等組成。洞口密封裝置的安裝主要分兩步：第一步是在車(chē)站端墻結(jié)構(gòu)中安裝洞門(mén)鋼環(huán)；第二步是在盾構(gòu)機(jī)下井組裝之前，將密封裝置安裝在預(yù)埋洞門(mén)鋼環(huán)上。同時(shí)，根據(jù)端墻和地下連續(xù)墻厚度情況，可以增加一節(jié)延伸鋼護(hù)筒，確保刀盤(pán)進(jìn)入洞門(mén)切削土體前，止水卷簾能及時(shí)緊裹盾體。結(jié)合本區(qū)間始發(fā)端頭地層含水量大、透水性高的特點(diǎn)，為防止始發(fā)時(shí)出現(xiàn)涌水涌沙，采取在預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)增加一道洞門(mén)刷和安裝兩道止水卷簾的方法。盾尾進(jìn)入洞門(mén)后，再次焊接一圈圓弧板將管片外部和延伸鋼環(huán)的縫隙封閉，洞門(mén)密封裝置詳見(jiàn)圖3。通過(guò)對(duì)密封裝置安裝方法的改變，本區(qū)間始發(fā)時(shí)洞口未出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象，順利完成始發(fā)作業(yè)。

圖3 南—太區(qū)間洞門(mén)密封裝置安裝示意圖

2.4 反力架、始發(fā)架的安裝

2.4.1 反力架、始發(fā)架安裝位置的確定

反力架的安裝位置由負(fù)環(huán)管片數(shù)量決定，位置確定好后，需要在始發(fā)井口下沉段和車(chē)站負(fù)一層結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中預(yù)先安裝好鋼板，為后續(xù)反力架底座和斜支撐安裝提供基礎(chǔ)。

始發(fā)架的安裝位置由盾體長(zhǎng)度及始發(fā)井口尺寸確定，一般始發(fā)架的末端離反力架前端面(沿掘進(jìn)方向)的距離在15 cm左右，此距離能滿足盾尾刷和止?jié){板下壓的空間需求。

2.4.2 反力架、始發(fā)架的定位

反力架、始發(fā)架安裝之前，由測(cè)量人員根據(jù)洞門(mén)中心實(shí)際位置確定反力架、始發(fā)架的中線安裝位置。安裝原則為保證始發(fā)架、反力架、盾體、洞門(mén)四者圓心重合，遇到曲線始發(fā)或抬頭始發(fā)掘進(jìn)時(shí)，安裝關(guān)系可以根據(jù)實(shí)際情況變動(dòng)。

2.4.3 始發(fā)架、反力架的安裝加固

始發(fā)架為盾構(gòu)主機(jī)提供前期支撐力，推進(jìn)中主要受到摩擦力和扭矩影響，所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，必須對(duì)始發(fā)架兩側(cè)及前方進(jìn)行加固，一般采用“工”字鋼加固支撐。

反力架主要為推進(jìn)提供反作用力，始發(fā)時(shí)盾構(gòu)推力為800～1 200 T，故反力架承受的縱向力比較大，所以對(duì)加固要求比較高，一般采用后背直支撐和斜支撐結(jié)合的加固方法。直支撐主要支撐在車(chē)站負(fù)二層及結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，斜支撐上部焊接在反力架上，底部焊接在負(fù)一層預(yù)埋鋼板上。斜支撐通常有2～3道，通過(guò)焊接剪刀撐連接在一起。特別需要注意的，在遇到上坡始發(fā)掘進(jìn)時(shí)，反力架在安裝時(shí)需要有一定的傾斜量。

2.5 負(fù)環(huán)管片安裝

2.5.1 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定

負(fù)環(huán)管片是指隧道成型后，拼裝在始發(fā)井口的管片，一般在隧道掘進(jìn)100環(huán)后拆除。負(fù)環(huán)管片的數(shù)量主要由設(shè)計(jì)圖紙上0環(huán)伸出洞門(mén)的長(zhǎng)度、始發(fā)井口長(zhǎng)度、盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)度等因素決定。假設(shè)井口長(zhǎng)度為L(zhǎng)，0環(huán)伸出洞門(mén)距離為L(zhǎng)1，反力架寬度為d、后背支撐長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，負(fù)環(huán)寬度為D，則需要環(huán)數(shù)A=(L-L1-d-L2)/D，后背支撐長(zhǎng)度L2由盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)度和計(jì)算結(jié)果決定，以使負(fù)環(huán)環(huán)數(shù)為整數(shù)。負(fù)環(huán)布置詳見(jiàn)圖4。

圖4 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)計(jì)算示意圖

2.5.2 首環(huán)管片的拼裝

由于拼裝首環(huán)管片時(shí)沒(méi)有后支撐力，同時(shí)管片外徑小于盾尾內(nèi)徑，管片拼裝容易不成圓形或下沉，所以在拼裝前根據(jù)盾尾間隙情況，提前在盾尾里面中下部位置焊接相應(yīng)尺寸的鋼管或鋼筋類(lèi)材料。只有保證盾尾間隙均勻的情況下，推進(jìn)千斤頂才能順利將管片后移。

在首環(huán)拼裝過(guò)程中，上部管片塊比較危險(xiǎn)，易掉落，所以在拼裝中一般在盾尾內(nèi)焊接“7”字型鋼板固定管片，以保證安全。管片拼裝點(diǎn)位主要采取頂部拼裝，目的是方便后期拆除負(fù)環(huán)管片。

2.5.3 首環(huán)管片后移

首環(huán)管片拼裝完成后，首先用下部油缸后移管片，觀察管片上部情況，再采用相應(yīng)上部油缸作調(diào)整。后移過(guò)程中速度不能太快，各個(gè)方向要有人員盯控，以防管片偏離卡住盾尾。根據(jù)管片參數(shù)將管片移到合適位置后，就可以開(kāi)始下一環(huán)負(fù)環(huán)的拼裝。一般拼裝2環(huán)后，再整體后移至反力架。

2.6 盾構(gòu)的始發(fā)

2.6.1 空載推進(jìn)

在開(kāi)始推進(jìn)的過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)因?yàn)闆](méi)有土壓等原因，所以一般選擇用拼裝模式推進(jìn)。推進(jìn)過(guò)程中，需要注意觀察刀盤(pán)和洞門(mén)密封裝置的接觸情況以及盾體上的防扭塊是否需要割除。推進(jìn)之前可以在盾體上做好標(biāo)記，根據(jù)刀盤(pán)前端和掌子面的距離情況，結(jié)合盾體前進(jìn)距離，判斷推進(jìn)中刀盤(pán)前端和掌子面的情況，為能否轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)提供參考依據(jù)。

2.6.2 始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)的控制

始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)是很難作出調(diào)整的(包括完全進(jìn)入加固區(qū)內(nèi))，所以在盾構(gòu)機(jī)組裝時(shí)，就要保證盾構(gòu)機(jī)有一個(gè)很好的始發(fā)姿態(tài)。為了防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞后出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象，始發(fā)架安裝時(shí)可以將前部抬高2 cm，或在洞門(mén)底部?jī)?nèi)采取安裝引軌、灌混凝土等措施。

2.6.3 始發(fā)參數(shù)控制

始發(fā)階段，刀盤(pán)進(jìn)入加固區(qū)域后，正面土體強(qiáng)度大，往往造成推力大。為了保護(hù)反力架，要求在滿足掘進(jìn)速度的情況下，盡量減小推力,一般采取較低土壓掘進(jìn)。實(shí)際情況中，加固區(qū)內(nèi)也不容易建立土倉(cāng)壓力，所以推進(jìn)中需要嚴(yán)格控制出土量。同時(shí)，掘進(jìn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，減少刀盤(pán)貫入度，減小刀盤(pán)扭矩。若遇到出加固區(qū)后即開(kāi)始下穿建(構(gòu))筑物時(shí)，可向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土，提前建立土壓。

2.6.4 洞門(mén)封堵

在盾尾完全進(jìn)入洞門(mén)后，根據(jù)始發(fā)端頭加固區(qū)域長(zhǎng)度確定停機(jī)封洞門(mén)位置。注漿之前先將盾尾部分注滿膨潤(rùn)土，防止雙液漿流入盾尾刷對(duì)其造成損害。注漿過(guò)程中，隔一段時(shí)間，盾構(gòu)機(jī)往前推進(jìn)10～15 cm，以防盾體外部被土體包裹。

3 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)始發(fā)是一項(xiàng)比較復(fù)雜繁瑣的施工作業(yè)，除本文講述的幾點(diǎn)外，期間還會(huì)涉及大型設(shè)備吊裝、高壓電傳送、大型設(shè)備的組裝等各種高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)。所以盾構(gòu)始發(fā)前需要精心做好各種準(zhǔn)備工作，機(jī)具、材料和人員全部到位，各工序作業(yè)才能連續(xù)不斷地進(jìn)行下去。