超大直徑泥水盾構(gòu)水下接收關(guān)鍵技術(shù)

楊國(guó)松， 王海林， 張兆遠(yuǎn)， 敬懷珺

（湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

隨著我國(guó)地下空間開發(fā)，出現(xiàn)越來越多的大直徑盾構(gòu)隧道[1～3]。同時(shí)，隨著周邊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益完善，盾構(gòu)隧道的建設(shè)需面臨更復(fù)雜的周邊環(huán)境、更差的地質(zhì)條件和更高的施工風(fēng)險(xiǎn)；而盾構(gòu)接收環(huán)節(jié)是整個(gè)盾構(gòu)施工過程的關(guān)鍵，如何確保盾構(gòu)順利接收成為研究重點(diǎn)[4～6]。

目前，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)中常見的盾構(gòu)接收方法為接收井端頭加固+簾幕橡膠板防水接收[7～8]。針對(duì)超大直徑泥水盾構(gòu)接收的相關(guān)研究工作較少，本文以實(shí)際工程為例，著重研究了在海域環(huán)境及深厚淤泥層中如何采用水下接收技術(shù)保證盾構(gòu)順利到達(dá)。

1 工程概況

某通道工程位于已建的兩座大橋之間，穿越道路和海域后，終點(diǎn)與規(guī)劃的某隧道相接，線路全長(zhǎng)6.68 km，設(shè)特長(zhǎng)隧道1 座（5 300 m），互通立交2 處，管控中心1 處，收費(fèi)站1 處，風(fēng)塔2座。盾構(gòu)接收井位于華僑公園東南側(cè)，東面為龍湖溝，南面為內(nèi)海灣防洪大堤，平面外包尺寸為48.1 m×30 m，深31.31 m，見圖1。

圖1 盾構(gòu)接收井位置關(guān)系

盾構(gòu)接收井場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)從上到下穿越地層主要為淤泥、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)土、礫砂、中粗砂、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。淤泥厚度13 m 左右，承載力特征值為50 kPa，地下水類型主要為松散巖類孔隙承壓水及塊狀巖類裂隙水，還分布有松散巖類孔隙潛水。場(chǎng)地內(nèi)地下水對(duì)盾構(gòu)水下到達(dá)影響大，孔隙水地下水埋深為0～4.5 m,平均埋深2.3 m，標(biāo)高為-5.1～2.3 m，平均標(biāo)高-0.68 m。通過抽水試驗(yàn)測(cè)得承壓水埋深為4.66 m，標(biāo)高為-0.55 m。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有中腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有強(qiáng)腐蝕性。

2 盾構(gòu)水下接收關(guān)鍵技術(shù)

盾構(gòu)準(zhǔn)備接收前應(yīng)合理安排端頭加固、加固區(qū)備用降水井、澆筑接收底座、洞門墻鑿除、臨時(shí)封堵墻施工、回填砂漿和水等工作。盾構(gòu)破洞后應(yīng)及時(shí)施作臨時(shí)洞門，逐步、逐層降水清砂，最終完成永久洞門的施工。

2.1 端頭加固

確保接收端地層土體的穩(wěn)定性及防水性是保證盾構(gòu)順利接收的關(guān)鍵。

1）端頭加固范圍：縱向加固長(zhǎng)度9 m，上部加固至場(chǎng)地標(biāo)高（4.355 m），下部至隧道底以下5 m，左右加固至盾構(gòu)隧道管片外邊緣5 m 范圍內(nèi)。

2）加固區(qū)內(nèi)地層采用?850 mm@600 mm 三軸攪拌樁加固，要求滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s，28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1 MPa。

3）在加固體與接收井地下連續(xù)墻之間施作一排三重管高壓旋噴樁?800 mm@600 mm止水。

4）在接收井端頭9 m范圍縱向分3排設(shè)置12口降水井，進(jìn)入粉質(zhì)黏土層5 m。在降水井洞門鑿除及降水清砂施作臨時(shí)洞門前，抽排水降低水位。見圖2。

圖2 端頭加固

2.2 臨時(shí)封堵墻

盾構(gòu)到達(dá)時(shí)隧道覆土厚度14.37 m，接收井內(nèi)需回灌砂+水至環(huán)框梁頂，此時(shí)盾構(gòu)泥水倉(cāng)頂部壓力可設(shè)定為0.14 MPa。為避免回灌料侵入后端主體結(jié)構(gòu)，需將接收井四周封閉，在接收井北端墻與明挖段交界處現(xiàn)澆一處600 mm 厚鋼筋混凝土封堵墻。封堵墻鋼筋采用植筋方式與底板、頂板連接并錨入側(cè)墻及中隔墻內(nèi)，從回灌開始至清理完成需全程加強(qiáng)對(duì)封堵墻的監(jiān)測(cè)。頂板上部風(fēng)道依靠主體結(jié)構(gòu)與風(fēng)塔之間的地下連續(xù)墻封堵?lián)跛?。見圖3。

圖3 臨時(shí)封堵墻設(shè)計(jì)

2.3 洞門鑿除

接收端洞門范圍地下連續(xù)墻槽段長(zhǎng)6 m，背土側(cè)為普通鋼筋，迎土側(cè)采用玻璃纖維筋，主筋內(nèi)外側(cè)保護(hù)層厚度均為80 mm，采用C45 水下混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P10。見圖4。

圖4 洞門范圍玻璃纖維筋設(shè)計(jì)

盾構(gòu)接收前需破除背土側(cè)全部的?32 mm鋼筋網(wǎng)及80 mm厚保護(hù)層，由下到上2 m一個(gè)循環(huán)分層進(jìn)行鑿除。

2.4 盾構(gòu)接收基座及回填砂漿

盾構(gòu)接收常見的基座臺(tái)為鋼制或混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)盾構(gòu)接收掘進(jìn)的控制精度要求相對(duì)較高。本次接收基座采用M15水泥砂漿，考慮到原設(shè)計(jì)盾構(gòu)接收井內(nèi)底板以上整體回填2.01 m 素混凝土，盾構(gòu)接收基座在素混凝土上再整體回填926 mm（最低處）M15 水泥砂漿，回填砂漿設(shè)置2.9%縱坡；考慮洞門穩(wěn)定性及拆機(jī)需要，再將端墻外6.3 m（拆機(jī)位置盾尾至端墻距離）范圍內(nèi)砂漿提高50 cm。

接收基座施工完成后，進(jìn)行接收井砂水回填施工，回填前在側(cè)墻上標(biāo)記刻度線，以便降水清砂時(shí)判斷液位變化情況。井內(nèi)回填分為2個(gè)階段。

1）第一次回填與洞門鑿除同步進(jìn)行。首先回填砂至封堵墻底部，高度7.48 m；然后回灌水至設(shè)計(jì)標(biāo)高（環(huán)框梁頂部），高度22.33 m?；靥钔瓿珊筇峁┧翂毫?.13 MPa。見圖5。

圖5 第一次回填

2）第二次回填在盾構(gòu)機(jī)尾到達(dá)地下連續(xù)墻迎土側(cè)，回填主要目的是為保證盾尾離開地下連續(xù)墻時(shí)的注漿效果；此次回填砂至盾構(gòu)機(jī)頂上2 m，回填高度距底板18.78 m。回灌水至設(shè)計(jì)標(biāo)高，高度11.03 m（水深減少高度與二次回填砂高度一致）?；靥钔瓿珊筇峁┠嗨畨毫?.143 MPa。見圖6。

圖6 第二次回填

2.5 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

泥水壓力的控制是泥水平衡盾構(gòu)施工的關(guān)鍵；因此，盾構(gòu)到達(dá)段的掘進(jìn)施工，要根據(jù)不同地質(zhì)條件、覆土厚度、地面情況設(shè)定泥水壓力，選定泥水性能指標(biāo)并根據(jù)地表隆陷監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整泥水壓力和性能。接收段的掘進(jìn)速度要保持相對(duì)平穩(wěn)并逐步減小，控制好掘進(jìn)糾偏量，減少對(duì)地層的擾動(dòng)。同步注漿量和注漿壓力要根據(jù)推進(jìn)速度、排漿量適當(dāng)調(diào)整，通過加強(qiáng)盾構(gòu)后地表隆陷監(jiān)測(cè)確定同步注漿和盾構(gòu)通過后地表隆陷的關(guān)系。到達(dá)段加強(qiáng)盾構(gòu)隧道的軸線控制，掌握盾構(gòu)機(jī)糾偏的主要施工參數(shù)，將施工軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差及地層變形控制在允許的范圍內(nèi)。盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)施工，共分6個(gè)階段進(jìn)行，見表1。

表1 盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)施工階段及參數(shù)

2.6 同步注漿及二次注漿參數(shù)

盾構(gòu)接收過程中應(yīng)嚴(yán)格控制注漿參數(shù)，同步注漿應(yīng)及時(shí)填充脫出盾尾管片背后的環(huán)形間隙，保證漿液填充飽滿，二次注漿目的是封堵加固體外側(cè)地下水滲流通道，防止刀盤穿過地下連續(xù)墻時(shí)加固體外側(cè)地下水通過盾殼背部通道涌入盾構(gòu)井；重點(diǎn)關(guān)注非加固體與加固體、加固體與地下連續(xù)墻、地下連續(xù)墻與主體墻接縫處注漿情況，二次注漿范圍為洞門外24 m。

同步注漿漿液選擇水泥砂漿，凝結(jié)時(shí)間在3～6 h，強(qiáng)度≮2.0 MPa；注漿壓力控制在0.4～0.6 MPa，注漿擴(kuò)散系數(shù)1.5～1.8，注漿量控制在35～40 m3。二次注漿采用單液漿配合雙液漿形式，以水泥漿為A 液、水玻璃為B 液，A、B 液混合后的凝結(jié)時(shí)間控制在60 s 左右，雙液漿配比應(yīng)在每次施工前進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定實(shí)際配比。漿液材料選用42.5 普通硅酸鹽水泥和35 Be’的水玻璃，由管片注漿孔注入?？刂茐毫憾?.4～0.5 MPa，注漿量0.2 m3/孔。

2.7 外包式洞門設(shè)計(jì)

洞門臨時(shí)封堵采取噴射混凝土形式，封堵完成后再施作永久洞門結(jié)構(gòu)。臨時(shí)封堵主筋采用2 排?20 mm 鋼筋，環(huán)向間距1.8°，以植筋的形式植入管片。每層砂水清理及植筋完成后，開始噴射C25 早強(qiáng)混凝土封堵洞門，保證管片背部間隙填充密實(shí)，在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后開始清理下一層砂水。

東西線盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)完成后及時(shí)施作永久外包洞門結(jié)構(gòu)，洞門厚度500 mm，倒L形，施工前需切除多余部分管片，采用植筋的形式與管片及主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻連接，植筋長(zhǎng)300 mm。見圖7。

圖7 永久洞門設(shè)計(jì)

3 水下接收效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，盾構(gòu)在接收過程中周邊場(chǎng)地均未出現(xiàn)地面沉降、涌水、涌泥及臨時(shí)封堵墻滲水等異常情況，盾構(gòu)順利完成水下接收。

4 結(jié)論與建議

1）超大直徑泥水盾構(gòu)在深厚淤泥及砂層中接收時(shí)，常規(guī)方式可能無法保證加固效果及接收安全性，建議采用水下接收的方式。

2）盾構(gòu)接收前需嚴(yán)格做好加固措施，保證鑿除洞門墻鋼筋及破除地下連續(xù)墻時(shí)，無涌水、涌泥及土體沿滑動(dòng)面破壞等情況發(fā)生。

3）盾構(gòu)接收過程中需及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)及同步注漿、二次注漿參數(shù)，防止掘進(jìn)過程中地表出現(xiàn)較大的變形，確保掘進(jìn)精度，保證盾構(gòu)順利接收。

4）外包式洞門能有效避免內(nèi)嵌式洞門需破除臨時(shí)洞門及管片切割可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。