富水易液化砂層盾構(gòu)接收施工技術(shù)

何 梁/ HE Liang

（南通市建設(shè)安全生產(chǎn)監(jiān)督站，江蘇 南通 226006)

1 工程概況

某地鐵隧道區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，端頭接收加固體區(qū)域采用多孔管片，其余部分使用通用管片。隧道外徑6.2m，內(nèi)徑5.5m，采用中鐵裝備DZ565、DZ566 兩臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)。盾構(gòu)本體長(zhǎng)度8.2m。接收站為地下三層島式車(chē)站，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1m 厚地連墻，車(chē)站端頭井基坑深27.25m，車(chē)站周邊多為商業(yè)、住宅建筑。

根據(jù)地質(zhì)查勘：隧道頂部位于③2 粉砂、隧道底部位于④1 粉質(zhì)黏土層。從地質(zhì)情況可以看出端頭地質(zhì)情況較為軟弱，地下水豐富，隧道范圍及頂部均存在一定厚度的粉砂層，而潛水主要賦存于淺部粉土、粉砂、粉質(zhì)黏土層中（②、③層）。對(duì)盾構(gòu)達(dá)到接收影響較大，施工過(guò)程中稍有擾動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)洞門(mén)涌水涌沙，所以采用割除盾尾盾構(gòu)接收，以保證盾構(gòu)順利接收。如圖1 所示。

圖1 盾構(gòu)接收加固體及地質(zhì)剖面圖

2 盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)因素

富水易液化砂層土質(zhì)疏松，盾構(gòu)接收姿態(tài)很難控制，盾構(gòu)與洞門(mén)位置很難對(duì)準(zhǔn)，接收時(shí)刀盤(pán)容易撕裂洞門(mén)圈的橡膠簾布，極易導(dǎo)致涌水、涌砂[1]。

富水易液化砂層在潛水層和承壓水層之間沒(méi)有明顯隔水層，水力之間存在聯(lián)系，如若端頭加固及降水措施不到位，極易造成洞門(mén)涌水涌砂、地表坍塌、建構(gòu)造物沉降等施工風(fēng)險(xiǎn)。

接收端在老城區(qū)主干道上，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至部分管線已經(jīng)出現(xiàn)不同程度破裂，若盾構(gòu)接收時(shí)土壓失衡、出土超量、同步注漿不到位，則易導(dǎo)致土體擾動(dòng)，打破原有地層應(yīng)力分布，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致地表下沉，對(duì)周?chē)?gòu)造物造成威脅。

盾構(gòu)進(jìn)入冷凍加固區(qū)時(shí)，刀盤(pán)扭矩會(huì)明顯增大，宜采用小推力慢速推進(jìn)，控制好盾構(gòu)姿態(tài)，做好盾構(gòu)的解鎖設(shè)置，準(zhǔn)備蒸汽和鹽水防凍措施，避免盾構(gòu)對(duì)外圈凍土帷幕產(chǎn)生過(guò)大作用，防止刀盤(pán)被凍住。

3 盾構(gòu)接收施工

3.1 施工流程

施工流程如圖2 所示。

圖2 施工流程圖

3.2 洞門(mén)加固

3.2.1 水泥系加固

接收端頭地基加固設(shè)計(jì)采用?850@600 三軸攪拌樁加固，加固長(zhǎng)度縱向有效12.0m，橫向與豎向加固寬度為隧道結(jié)構(gòu)每側(cè)3.0m，攪拌樁搭接長(zhǎng)度25cm，加固一區(qū)水泥摻量為8%，加固二區(qū)水泥摻量為20%，采用P42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。在三軸攪拌樁加固體與地連墻之間40cm 設(shè)置一排?800@500 三重管旋噴樁加固，旋噴樁與攪拌樁及圍護(hù)墻搭接長(zhǎng)度25cm，旋噴樁水泥摻量35%，水灰比1∶1，搭接長(zhǎng)度30cm。在加固體區(qū)外設(shè)置一排三軸攪拌樁止水帷幕，水泥摻量為20%。在止水帷幕與地下連續(xù)墻兩端陽(yáng)角處形成包角的位置施作6 根深度同止水帷幕的三重?cái)嚢铇都庸獭Ｊ┕で氨仨氃嚇?，以便根?jù)加固效果，確定施工工藝及各項(xiàng)施工參數(shù)。

3.2.2 冷凍法加固

因車(chē)站周邊商業(yè)、住宅較多，地面又為主干線，經(jīng)論證區(qū)間右線接收井垂直冷凍管布置兩排，A排15 個(gè)，B排14 個(gè)。A排離槽壁距離0.4m，相鄰排距1m，孔間距0.8m，冷凍管單孔深度25.91m。右線垂直冷凍共布置4 個(gè)測(cè)溫孔，單孔深度25.5m。積極冷凍30～35 天。設(shè)計(jì)冷凍壁有效厚度2.0m，洞門(mén)圈以外上下左右各3.0m，板塊凍結(jié)壁類型為I 類凍結(jié)壁，僅為鑿墻期間止水作用。因考慮到水泥水化熱作用效果，冷凍加固施工需在三軸攪拌樁和三重旋噴樁完成3 個(gè)月后開(kāi)始進(jìn)行。

3.3 降水井布置

在加固體外側(cè)和中部施作10 口備用降水井應(yīng)急使用，分為止水帷幕內(nèi)側(cè)降水井、止水帷幕外側(cè)備用降水井2 種。止水帷幕內(nèi)側(cè)疏干降水井：直徑27.3cm、深28.0m，降水井底部進(jìn)入④1t層，距離⑤1 層還有1.0m。止水帷幕外側(cè)觀測(cè)兼?zhèn)溆媒邓褐睆?7.3cm、深34.0m，降水井底部進(jìn)入⑤1 層6.0m。因周邊商業(yè)、住宅較多，地面為主干線車(chē)流量較大，當(dāng)降水井開(kāi)啟時(shí)要加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境、建構(gòu)造物的監(jiān)測(cè)，確保施工安全。

3.4 洞門(mén)密封裝置

在盾構(gòu)始接收前，在內(nèi)襯墻上的盾構(gòu)洞門(mén)鋼環(huán)周?chē)惭b環(huán)行密封橡膠板止水裝置，該裝置在洞門(mén)鋼環(huán)周?chē)惭b設(shè)有M20 螺孔的預(yù)埋板，用螺栓將簾布橡膠板、圓環(huán)板和扇形壓板栓連在預(yù)埋環(huán)板上。當(dāng)盾構(gòu)沿推進(jìn)方向掘進(jìn)時(shí)，帶鉸接的扇形壓板被盾構(gòu)帶動(dòng)向盾構(gòu)前進(jìn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并支撐密封橡膠板，封閉在盾體外徑處，止住水向接收井內(nèi)流入。當(dāng)盾體通過(guò)洞門(mén)密封裝置后，橡膠簾布緊縮，壓住扇形壓板，防止水流沿管片外徑向接收井內(nèi)流入，同時(shí)也防止同步注漿漿液外溢[1]（圖3）。

圖3 洞門(mén)簾布安裝圖

3.5 洞門(mén)鑿除

洞門(mén)破除前在洞門(mén)上“米”字形鉆9 個(gè)觀察孔，長(zhǎng)度宜為深入攪拌樁50cm，安裝閥門(mén)，當(dāng)不出現(xiàn)連續(xù)滲水漏砂，自穩(wěn)性等技術(shù)指標(biāo)滿足施工規(guī)范要求后，再進(jìn)行洞門(mén)鑿除[2]。地連墻設(shè)計(jì)厚度1.0m，為防止洞門(mén)完全破除后土體失穩(wěn)危及車(chē)站及隧道安全，洞門(mén)破除過(guò)程中先破除70cm 厚度，剩余30cm 為二次鑿除部分，以減少洞門(mén)掌子面暴露時(shí)間。

3.6 二次注漿

在高水壓富水砂層中盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)，土倉(cāng)里的水除了來(lái)自盾體周?chē)鷩鷰r間外，大多數(shù)來(lái)自盾尾后方管片壁后的流水通道。為了徹底阻斷盾尾后方來(lái)水，在盾尾后第3 環(huán)后每一環(huán)注雙液漿來(lái)做止水環(huán)箍，跳環(huán)注漿施工，單孔注漿量不宜低于0.6m3，水泥漿與水玻璃體積比1 ∶1，注漿壓力0.2～0.5MPa，采取跳孔注漿方式。注雙液漿之前在脫出盾尾1～2 環(huán)管片開(kāi)孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯，防止雙液漿流向盾體周邊包裹盾體。止水環(huán)箍做完后通過(guò)在止水環(huán)箍前方開(kāi)孔觀察的方式對(duì)止水效果驗(yàn)證，用鋼釬打孔至管片后1.0m，孔內(nèi)無(wú)泥水流出說(shuō)明止水環(huán)箍效果顯著，確保止水措施有效后方可進(jìn)行下步施工。

3.7 割除盾尾并焊接洞門(mén)

盾構(gòu)進(jìn)入接收井時(shí)被橡膠簾幕板包裹，同時(shí)洞門(mén)內(nèi)圈輔助彈簧鋼板，形成雙重止水防線，有效提高了洞門(mén)的密封性。

緩慢推進(jìn)盾構(gòu)，當(dāng)盾尾脫出洞門(mén)鋼環(huán)10cm時(shí)，洞內(nèi)仍然剩余2.5m 盾尾，此時(shí)利用“L”形鋼板立即將盾尾整環(huán)與洞門(mén)鋼環(huán)焊接封閉，同時(shí)隧道內(nèi)利用弧形鋼板將接收環(huán)管片與盾尾焊接成整體，最后割除盾構(gòu)接收。

“L”形鋼板尺寸：板厚0.8cm，寬40cm，邊緣寬12cm，內(nèi)圈半徑為盾構(gòu)盾尾半徑3.2m，外圈半徑為洞門(mén)剛環(huán)外邊緣半徑3.5m，圓心角20°，共加工18 塊。

弧形鋼板尺寸：板厚0.8cm，寬25cm，邊緣寬12cm，內(nèi)圈半徑為管片中心半徑3.1m，外圈半徑為盾尾半徑3.2m，圓心角10°，共加工36 塊。

通過(guò)盾尾與洞門(mén)及管片焊接，圖4 中可以明顯看出盾構(gòu)后方來(lái)水（滲水通道1、滲水通道2）均被封閉，滲水通道1 經(jīng)過(guò)彈簧鋼板、橡膠簾幕板、“L”形鋼板三道阻截，可以有效避免泥水沿著盾構(gòu)與洞門(mén)間隙進(jìn)入端頭井。滲水通道2 經(jīng)過(guò)盾尾鋼絲刷、弧形鋼板兩道阻截，可以有效避免泥水沿著管片與盾構(gòu)間隙進(jìn)入端頭井，有效規(guī)避了盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 盾尾焊接處理圖

3.8 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急準(zhǔn)備

洞門(mén)破除前，在距地連墻1.5m 的隧道兩側(cè)地面預(yù)埋垂直注漿管，用注漿鉆機(jī)在隧道兩側(cè)地面各引2 個(gè)孔至隧道頂0.5～1.0m 位置作應(yīng)急注漿孔，接收時(shí)提前接好聚氨酯注漿泵。另外在洞門(mén)3、5、7、9 點(diǎn)方向的側(cè)墻上增設(shè)1.5m 深水平注漿孔，并安裝好球閥。盾構(gòu)接收破洞過(guò)程中將高效聚氨酯、雙液漿、棉被、注漿泵、阿特拉斯等應(yīng)急物資和設(shè)備分別備于地面、掌子面、隧道內(nèi)，盾構(gòu)進(jìn)入到達(dá)段后，加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，搶險(xiǎn)隊(duì)伍現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)待命。

4 結(jié)論

本地區(qū)高度重視在富水易液化砂層地質(zhì)條件下的三層換乘車(chē)站盾構(gòu)接收施工，不惜花費(fèi)大量成本和精力來(lái)確保接收安全。不僅采用了常規(guī)水泥系加固，還使用了鹽水冷凍加固和割盾尾封洞門(mén)技術(shù)，通過(guò)采取多種盾構(gòu)接收保障措施，有效阻止了泥水沿著管片與洞門(mén)間隙進(jìn)入端頭井，規(guī)避了盾構(gòu)接收重大風(fēng)險(xiǎn)。但如何將多種加固措施在富水易液化砂層地質(zhì)條件下進(jìn)行優(yōu)化配置，既可以發(fā)揮功效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，又能最大程度上節(jié)省成本加快施工進(jìn)度，需進(jìn)一步深入研究。