盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道硬巖水鉆開挖施工工法

董 偉

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

0 前 言

隨著城市化的不斷進(jìn)行，地鐵隧道、公路隧道、鐵路隧道等多種地下公用設(shè)施不斷增加，隧道中聯(lián)絡(luò)通道顯得尤為重要。聯(lián)絡(luò)通道可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間的高效連接，常布設(shè)在兩條隧道中間，兼具聯(lián)通、防火及排水等多重功能[1-2]。若某隧道存在質(zhì)量問題，可經(jīng)由聯(lián)絡(luò)通道快速轉(zhuǎn)移區(qū)域內(nèi)的行人，因而還具有“逃生通道”的作用，可達(dá)到快速救援的目的。但由于聯(lián)絡(luò)通道在中風(fēng)化巖層，且隧道內(nèi)施工空間狹小，無法使用大型機(jī)械設(shè)備，并且考慮到隧道管片擾動，不能采用爆破施工，水鉆取芯開挖方法因此得到了廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

在某地鐵9號線二期支線工程項(xiàng)目中，某站采用盾構(gòu)法施工，于ZDK4+340處設(shè)置一座聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)絡(luò)通道上方為主干道南海大道。本文以該工程為背景，圍繞聯(lián)絡(luò)通道硬巖水鉆開挖施工工法展開探討。

2 工法原理及特點(diǎn)

測量放線，確定開挖邊線后人工使用水磨鉆沿聯(lián)絡(luò)通道邊線一圈取芯，進(jìn)尺80 cm形成臨空面，采用風(fēng)鎬對中間部分破除，開挖石渣后使用三輪車運(yùn)送至地鐵站盾構(gòu)始發(fā)井處。

該工法具體的特點(diǎn)為：①使用機(jī)具簡單，易操作、成本低；②該工法可在復(fù)雜條件下施工，安全可控、施工質(zhì)量有保證；③該工法采用水磨鉆頭取芯、風(fēng)鎬破除，功效高；④適用于地質(zhì)條件好、無地下水或地下水量很少的巖石地層，特別是大型設(shè)備無法使用的條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3 施工工藝流程

地鐵巖層中聯(lián)絡(luò)通道開挖主要施工工藝如圖1所示。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道水鉆開挖施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

1)場地清理。清理聯(lián)絡(luò)通道處隧道內(nèi)泥漿及垃圾，滿足聯(lián)絡(luò)通道施工平臺搭設(shè)要求。

2)測量放線。放出聯(lián)絡(luò)通道開挖邊線，圖2所示為使用紅色自噴漆噴涂。

圖2 洞門放線

3)機(jī)械配備。表1所示為聯(lián)絡(luò)通道施工機(jī)械配備。

表1 聯(lián)絡(luò)通道施工機(jī)械配備表

3.2 水鉆布孔

水鉆支架底座堅(jiān)實(shí)平整，在支架搭設(shè)位置處鋪設(shè)砂墊層找平層，找平層上方鋪設(shè)500 mm×500 mm×20 mm的鋼板墊或混凝土墊塊。底座應(yīng)固定牢靠且方便移動。水鉆布孔時(shí)應(yīng)保證位置的準(zhǔn)確性，水鉆外周半徑應(yīng)比設(shè)計(jì)管線半徑大100～300 mm。

3.3 調(diào)整水鉆鉆桿

當(dāng)水鉆成孔完畢進(jìn)入下一鉆孔時(shí)需調(diào)整水鉆鉆桿水平位置及標(biāo)高位置，鉆桿位置調(diào)整好后應(yīng)及時(shí)擰緊鉆桿卡位處的固定螺絲，以防止鉆桿偏移及滑動。

3.4 管片加固及施工平臺搭設(shè)

先對聯(lián)絡(luò)通道位置前后10環(huán)進(jìn)行管片背部二次注漿加固，注漿完成后檢查注漿效果，確保管片背部環(huán)向間隙已填充飽滿。聯(lián)絡(luò)通道口布設(shè)適量特殊管片，施工期間涉及到管片的切割作業(yè)，其擾動性較強(qiáng)，易導(dǎo)致圍巖壓力異常波動，此時(shí)可搭建臨時(shí)支架，并且該支架還可發(fā)揮出平臺的作用，施工人員可在該處完成管片切割和開挖作業(yè)。

3.5 水鉆取芯

根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道洞口放樣邊線進(jìn)行取芯，沿開挖邊線一周依次取芯，每一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺80 cm，一周取芯完成后使用風(fēng)鎬對中間巖石由上到下依次破除，破除的石渣使用三輪車運(yùn)送至地鐵站盾構(gòu)始發(fā)井處，再用裝載機(jī)配合汽車吊，使用吊斗將石渣運(yùn)輸至地面裝車外運(yùn)。利用水鉆機(jī)鉆孔，該設(shè)備配置的是Φ200 mm的鉆筒，取芯圓間距控制在160～180 mm。水鉆正式施工前需調(diào)整好姿態(tài)，鉆筒需設(shè)置3°的外插角。鉆進(jìn)初期以慢速鉆進(jìn)為宜，轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在900 r/min以內(nèi)，隨鉆進(jìn)作業(yè)的逐步推進(jìn)，當(dāng)達(dá)到100 mm時(shí)方可加快鉆進(jìn)速度，此時(shí)可達(dá)到1 800 r/min。按照此標(biāo)準(zhǔn)有序鉆進(jìn)，各孔耗時(shí)約10～13 min，完成一整圈鉆孔所需的時(shí)間約5.5～6.3 h。鉆進(jìn)期間需降低鉆筒的溫度，施工期間應(yīng)不間斷輸送清潔水(具有足夠的水壓)，所用管材以內(nèi)徑15～20 mm的軟件較為合適。開挖期間應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量檢查，若存在與設(shè)計(jì)不符的情況必須將實(shí)際情況告知監(jiān)理，探討相適應(yīng)的處理措施，有效解決問題后方可恢復(fù)開挖作業(yè)。開挖至下一榀拱架處安裝拱架，掛網(wǎng)噴錨完畢后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后進(jìn)行下循環(huán)開挖。

3.6 中心巖面鉆孔

鉆孔及取芯作業(yè)均落實(shí)到位后處理中心巖面的巖石，對其采取鉆孔破碎處理措施。通過風(fēng)鉆設(shè)置一排小孔，應(yīng)根據(jù)中心巖面的實(shí)際面積合理控制好孔的間距，通常以30～40 cm為宜。鉆孔破碎后再組織爆裂施工，應(yīng)保證液壓劈裂機(jī)的液壓鉗片可深入到預(yù)先設(shè)置好的碎巖孔內(nèi)，并連接液壓劈裂機(jī)油泵，使該裝置的壓強(qiáng)穩(wěn)定在60 MPa內(nèi)。密切關(guān)注鉆孔孔深，在滿足要求后方可將分裂器置入孔內(nèi)，正式分裂。禁止出現(xiàn)孔深度不足的情況，否則分裂器伸出的楔器將頂至孔底巖石，導(dǎo)致該裝置發(fā)生彎曲等異常狀況。

3.7 液壓劈裂機(jī)靜爆巖體

分裂器配置有劈裂頭，該部分裝置需完全置入孔中，此后再調(diào)整控制閥，從而順利分裂。對于巖石上表層分布大量土層的情況，應(yīng)將其清理干凈，若無誤則有序布孔。隨施工的持續(xù)推進(jìn)，待分裂3～5個(gè)孔后及時(shí)向分裂器涂抹適量潤滑脂，目的在于緩解楔器與劈塊過度摩擦的情況。此外，分裂器機(jī)頭不可觸及巖石，且在沒有凌空面的巖體上不可直接分裂，否則易發(fā)生劈塊斷裂現(xiàn)象。

3.8 清除碎巖及石渣

中心巖體爆裂后將產(chǎn)生大量碎石塊，利用特制斗車將其輸送至頂管工作井內(nèi)，再通過該處的活動式龍門吊進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)，使其到達(dá)指定堆石場，此后利用運(yùn)輸車將其運(yùn)至石渣場。完成對石塊的清理作業(yè)后適時(shí)修正洞體周邊區(qū)域，檢測管線標(biāo)高情況，超出的部分通過人工手持風(fēng)鎬鑿除，若未達(dá)到標(biāo)高要求采取填平處理措施，材料以粗砂為宜，不可使用細(xì)砂或石粉。

4 與其他技術(shù)的對比

聯(lián)絡(luò)通道開挖施工方法很多，幾種常用開挖工藝的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2 常用聯(lián)絡(luò)通道開挖工藝優(yōu)缺點(diǎn)

通過綜合分析和對比，在硬巖地層使用水鉆取芯開挖法施工，施工效率高、勞動力需求小、經(jīng)濟(jì)性高，對地面及盾構(gòu)管片的擾動很小。

5 技術(shù)實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)

5.1 安全進(jìn)洞方案

聯(lián)絡(luò)通道右線進(jìn)洞段拱頂上覆地質(zhì)條件欠佳，以強(qiáng)風(fēng)化礫巖與富水圓礫層居多，受開挖的擾動性影響，中風(fēng)化巖體支撐受損，易發(fā)生軟化坍塌現(xiàn)象。雖然采取超前小導(dǎo)管支護(hù)措施，但進(jìn)洞端設(shè)置的是3榀連排格柵拱架，該部分對安裝的空間需求量較大。此時(shí)，以何種方式在安全的環(huán)境下完成格柵拱架的安裝顯得至關(guān)重要，這也是聯(lián)絡(luò)通道開挖進(jìn)洞期間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題。經(jīng)多方案比選后，提出兼顧現(xiàn)場安全性、施工質(zhì)量等多方面要求的方案。該方案的主要工作思路為：配置小型液壓破碎機(jī)，利用該設(shè)備開挖上臺階巖體，隨后再組織人工風(fēng)鎬打孔作業(yè)；對于管片背后的巖體，該部分施工難度較大，可利用輕型油壓劈裂機(jī)組織劈裂作業(yè)；經(jīng)上述流程后安排施工人員利用風(fēng)鎬修整拱部，若無誤則施工上臺階初支結(jié)構(gòu)，從而確保施工現(xiàn)場的安全性。

小型液壓破碎機(jī)和微型油壓劈裂機(jī)均是重要施工設(shè)備，其得以正常運(yùn)行的前提在于得到充足空間的支持，為創(chuàng)設(shè)足夠的作業(yè)空間，要求進(jìn)洞段上臺階開挖長度設(shè)為1.4 m，于該處布設(shè)5榀格柵拱架，具體包含進(jìn)洞段密排拱架3榀、正洞格柵拱架2榀。進(jìn)洞段開挖及其初支作業(yè)的時(shí)間應(yīng)得到有效的控制，在5個(gè)開挖班(60 h)內(nèi)，且應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定拱頂坍塌的應(yīng)急預(yù)案。

5.2 臨時(shí)仰拱

為保證仰拱部分封閉的及時(shí)性，防止設(shè)備作業(yè)對鋼筋格柵的破壞，考慮原設(shè)計(jì)下臺階仰拱部位鋼筋格柵無法承受設(shè)備自重及反復(fù)行走增加的荷載，特對設(shè)計(jì)格柵拱架進(jìn)行了優(yōu)化，增設(shè)臨時(shí)仰拱，取消開挖階段仰拱位置噴射混凝土施工，提供設(shè)備作業(yè)；在聯(lián)絡(luò)通道全部開挖完成后再逐榀拆除臨時(shí)仰拱，施作永久初支。

臨時(shí)仰拱設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)主要有兩方面：第一，將拱架單元連接件位置調(diào)整至拱腳位，在格柵底部加裝厚10 mm鋼板，確保拱腳穩(wěn)定;第二，使用20a工字鋼與鋼筋格柵進(jìn)行連接，形成單環(huán)封閉拱架，并用間距35 cm的C20鋼筋將各道工字鋼連成整體，最后在上面鋪設(shè)厚10 mm、寬3 m的鋼板形成臨時(shí)仰拱。臨時(shí)仰拱所鋪鋼板邊緣距兩端連接件接口為15 cm，為該位置連接螺栓拆除預(yù)留作業(yè)空間。

6 結(jié)束語

綜上所述，本工程在指定工期內(nèi)高效完成各項(xiàng)工作，具有施工安全、效率高、初支封閉及時(shí)、成本投入較少等多重優(yōu)點(diǎn)，所提方法具有較高的參考價(jià)值。但現(xiàn)階段基于硬巖地層聯(lián)絡(luò)通道所適配的開挖施工技術(shù)體系依然存在不足之處，因此需進(jìn)一步展開探討，提高施工技術(shù)水平。

[ID:010657]