軟土地區(qū)盾構(gòu)高頻次接收施工技術(shù)*

王興龍，陳瑞文，陳 炯，葉 斌

(騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 311200)

0 引言

由于城市化進(jìn)程不斷加快，地下管線不斷增多，因管線敷設(shè)引起的道路重復(fù)開挖問題促使地下綜合管廊成為我國(guó)地下空間開發(fā)的熱點(diǎn)[1]。盾構(gòu)法施工對(duì)環(huán)境影響小、機(jī)械化程度高，具有較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[2-3]，因此，在管廊建設(shè)中越來越常見。

盾構(gòu)接收是盾構(gòu)法施工重要風(fēng)險(xiǎn)之一，受工程地質(zhì)影響、地基加固、貫通測(cè)量、密封裝置及接收方案選擇、同步注漿及二次注漿等諸多因素影響，任何1個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。尤其在洞門開洞范圍存在富水砂層時(shí)，盾構(gòu)接收過程常出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，為施工事故重災(zāi)區(qū)[4-5]。

由于綜合管廊沿線節(jié)點(diǎn)井設(shè)置較多、盾構(gòu)需頻繁多次進(jìn)出洞，既增大了風(fēng)險(xiǎn)概率，又耗時(shí)頗多，因此，盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)既要兼顧安全，又要保證施工進(jìn)度。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

某綜合管廊總長(zhǎng)約5.3km，明挖段長(zhǎng)度約0.7km，管廊盾構(gòu)段長(zhǎng)度約4.6km。全線共設(shè)置9個(gè)工作井(其中2，4，6，8號(hào)工作井為過站井)，采用4臺(tái)直徑6 340mm小松土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)共需經(jīng)歷8次始發(fā)，8次接收，區(qū)間平面如圖1所示。區(qū)間沿線地層主要為②2b淤泥質(zhì)黏土、③1b粉砂、③2粉質(zhì)黏土夾粉砂、④1b淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，盾構(gòu)反復(fù)穿越③1b粉砂層，地層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 主要地層物理力學(xué)參數(shù)

圖1 區(qū)間線路總平面

1.2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1)該管廊沿市政主干道敷設(shè)，與周邊熱力管線、高壓電力電纜、軍用光纜距離較近。

2)節(jié)點(diǎn)井較多[6-7]，盾構(gòu)需接收8次，其中包含4次盾構(gòu)過站施工，施工難度大，工期緊。

3)2，3號(hào)作業(yè)井接收段洞門開洞范圍上、下為淤泥質(zhì)土，中間為2～3m富水粉砂，在該地層條件下無法施工止水帷幕導(dǎo)致端土體降水、加固效果不理想。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 接收方案選擇

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況、工期、地質(zhì)、周邊環(huán)境及地基加固狀況，為有效降低盾構(gòu)進(jìn)洞過程中的施工風(fēng)險(xiǎn)，且更好地適應(yīng)高效通過過站井的需求，盾構(gòu)采用二次接收方法，并隨著不同工作井地質(zhì)條件，對(duì)二次接收工藝[8-10]進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整與優(yōu)化，以滿足盾構(gòu)高頻次接收工作需要。二次接收工藝流程如圖2所示。

圖2 二次接收工藝流程

2.2 端頭井土體加固與補(bǔ)強(qiáng)措施

盾構(gòu)接收前需進(jìn)行端頭加固，合理選擇加固方法為盾構(gòu)接收的關(guān)鍵因素，該綜合管廊端頭選擇三軸攪拌樁與高壓旋噴樁結(jié)合的方式進(jìn)行加固處理。加固長(zhǎng)度為9m，加固區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)上下級(jí)兩側(cè)各3m，即12.2m，其中靠近地下連續(xù)墻0.5m范圍采用高壓旋噴樁代替攪拌樁加固。

在2號(hào)工作井接收端探孔中，粉砂層位置探孔深度在2.5m以內(nèi)取芯成型良好，探孔超出2.5m出現(xiàn)流砂且流砂速度較快。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際狀況，綜合考慮MJS、冷凍法、三軸攪拌樁/高壓旋噴樁、降水施工、WSS工法、鋼套筒接收、水下接收等方法的適用性并結(jié)合工期及造價(jià)問題，最終選擇WSS工法補(bǔ)強(qiáng)加固。

1)結(jié)合以往WSS工法樁施工中總結(jié)的成功經(jīng)驗(yàn)，選擇二重管無收縮雙液注漿的施工方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁，采用坑道鉆機(jī)先進(jìn)行化學(xué)漿液注漿(前進(jìn)式)，后進(jìn)行雙液漿注漿加固(后退式)施工方法可以確保注漿均勻性，同時(shí)具有施工可行性。雙液漿配合比如表2所示。

表2 雙液漿配合比

工藝原理為:水玻璃磷酸混合液(AB液)快速凝結(jié)完成土體固化為后續(xù)水泥水玻璃雙液漿凝結(jié)提供良好條件，切換水泥水玻璃雙液漿壓碎AB液形成的凝固體，完成該部分土體加固。

按無收縮注漿液標(biāo)準(zhǔn)配合比進(jìn)行配置，考慮現(xiàn)場(chǎng)水玻璃磷酸混合液(AB液)注漿體積比1∶1試驗(yàn)確定凝結(jié)時(shí)間12s，水泥水玻璃雙液漿(AC液)注漿體積比1∶1試驗(yàn)確定凝結(jié)時(shí)間約40s。注漿壓力控制在0.8～1.2MPa。

2)根據(jù)2號(hào)井接收端取芯情況、地質(zhì)情況及盾構(gòu)接收特點(diǎn)，在降水效果不理想情況下，為確保二次接收環(huán)箍施工部位加固強(qiáng)度及加固后土體止水效果，周邊采取間距650mm梅花形布置，中部采取間距975mm梅花形布置。加固長(zhǎng)度為10.5m、寬度為13.7m、深度為洞門圈以下3m。施工順序?yàn)橄仁┕ね鈬忾]加密施工區(qū)域，確保加固止水效果，然后再進(jìn)行內(nèi)部壓密注漿。接收端WSS補(bǔ)強(qiáng)加固平面布置如圖3所示。

圖3 接收端WSS補(bǔ)強(qiáng)加固平面布置

2.3 密封裝置安裝

盾構(gòu)接收密封裝置采用彈簧鋼板束，包括底座、底座加勁肋板、1個(gè)或多個(gè)彈簧鋼板層，每個(gè)彈簧鋼板層由多個(gè)沿預(yù)埋鋼環(huán)圓周向均勻分布在多個(gè)底座上的等長(zhǎng)度彈簧鋼板組成，且任意相鄰2個(gè)彈簧鋼板毗鄰接觸以使所述彈簧鋼板層形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)彈簧鋼板，一端固定在底座上，另一端為自由端，自由端8～10cm開口確保彈性及盾構(gòu)設(shè)備通過。該項(xiàng)目采用3層彈簧鋼板束+2道海綿條作為密封裝置，如圖4所示。

圖4 洞門密封裝置

在地質(zhì)條件較好且端頭改良效果理想情況下，工作井可省略第1次弧形鋼板焊接而一次進(jìn)洞，該方案加快了過站施工效率，取得了較好的效果及經(jīng)濟(jì)效益。

因彈簧鋼板安裝在盾構(gòu)預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)側(cè)，對(duì)盾構(gòu)接收精度要求高，如盾構(gòu)偏差較大，預(yù)埋鋼環(huán)內(nèi)置彈簧鋼板束及底座易破壞，對(duì)盾構(gòu)接收測(cè)量及軸線偏差要求高。接收洞門破除需避免洞門區(qū)保護(hù)層大塊掉落，否則易損壞彈簧鋼板束。

2.4 盾構(gòu)姿態(tài)與洞門復(fù)測(cè)

當(dāng)盾構(gòu)施工進(jìn)入目的范圍時(shí)，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，明確成洞隧道中心軸線與隧道設(shè)計(jì)中心軸線關(guān)系，根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)及導(dǎo)向系統(tǒng)人工復(fù)測(cè)及洞門實(shí)際位置、輪廓復(fù)核結(jié)果，確定盾構(gòu)貫通姿態(tài)及掘進(jìn)糾偏計(jì)劃?？紤]盾構(gòu)貫通姿態(tài)時(shí)需注意2點(diǎn)：盾構(gòu)貫通時(shí)的中心軸線與隧道設(shè)計(jì)中心軸線偏差、接收洞門位置偏差。綜合這些因素，在隧道設(shè)計(jì)中心軸線的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終確定盾構(gòu)接收時(shí)的掘進(jìn)姿態(tài)，確保盾構(gòu)姿態(tài)與預(yù)埋鋼環(huán)偏差同步，當(dāng)盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)入彈簧鋼板時(shí)不破壞彈簧鋼板。

2.5 弧形鋼板密封

洞門弧形鋼板密封位置的選擇為盾構(gòu)二次接收節(jié)點(diǎn)，結(jié)合盾構(gòu)設(shè)備情況，在盾構(gòu)刀盤推出洞門鋼環(huán)2m時(shí)進(jìn)行第1次洞門封堵，在洞圈外側(cè)與盾殼間焊接弧形鋼板，焊接完成后檢查弧形鋼板與預(yù)埋鋼環(huán)及弧形鋼板接縫間焊接質(zhì)量，確保滿焊，焊接滿足要求后通過洞圈預(yù)留注漿孔及管片注漿孔(除封頂塊外，端頭部位盾構(gòu)管片標(biāo)準(zhǔn)塊及鄰接塊各增加2個(gè)注漿孔即每環(huán)16個(gè)注漿孔位)完成環(huán)箍注漿止水，確保環(huán)箍注漿填充密實(shí)。

待注漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，解除弧形鋼板連接，繼續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)至盾尾脫離洞圈預(yù)留鋼環(huán)，在洞圈外側(cè)與管片間焊接弧形鋼板(見圖5)，重復(fù)第1次進(jìn)洞注漿過程，完成盾構(gòu)接收。

圖5 弧形鋼板焊接

3 結(jié)語

1)根據(jù)地質(zhì)情況、周邊環(huán)境及加固區(qū)情況、盾構(gòu)類型結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，綜合考慮確定適宜的接收方案。

2)建議在今后的施工中增加探孔安全保障，現(xiàn)有常規(guī)洞內(nèi)9孔探孔方法無法準(zhǔn)確反映加固情況，在條件允許且確保安全情況下，根據(jù)地質(zhì)情況在結(jié)構(gòu)側(cè)墻及地面鉆孔，確認(rèn)地層加固質(zhì)量。