盾殼包裹砂漿處理技術(shù)研究

彭飛 劉小龍 劉可 林賚貺

摘要：盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體的大型掘進(jìn)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于隧道施工中?；谀嗨軜?gòu)機(jī)在珠海興業(yè)路施工過(guò)程中，砂漿包裹盾體情況進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，并加以改進(jìn)，進(jìn)而保證施工工作過(guò)程中的安全性，并為類似盾構(gòu)施工技術(shù)提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；注漿；砂漿包裹；處理技術(shù)

0? ?引言

近年來(lái)，隨著地下空間工程建設(shè)的需要和科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，盾構(gòu)法作為地下空間工程施工的主要手段，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)及施工技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展也得到了國(guó)家相關(guān)部門和施工企業(yè)的高度重視[1-2]。

目前，已有不少學(xué)者已對(duì)盾殼包裹砂漿處理技術(shù)進(jìn)行了研究。蒲曉波[3]借助城市隧道施工的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，詳細(xì)介紹處理盾構(gòu)殼被固結(jié)砂漿包裹的措施和注意事項(xiàng)。鄧友濤[4]以成都地鐵砂卵石地層工程為例，采用膨潤(rùn)土泥漿處理技術(shù)來(lái)改善渣土的稠度和流動(dòng)性，并配置合適的膨潤(rùn)土泥漿，以提高掘進(jìn)速率和合理控制出渣量。張國(guó)云[5]以超大型泥水平衡盾構(gòu)穿越某近海河道盾構(gòu)掘進(jìn)為例，介紹了泥水處理系統(tǒng)的選型方法和實(shí)際工程中的配置及應(yīng)用。本文基于泥水盾構(gòu)機(jī)在珠海興業(yè)路施工過(guò)程中，砂漿包裹盾體的情況進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，并加以改進(jìn)。

1? ?盾殼包裹砂漿現(xiàn)象

19286工號(hào)15.76m泥水盾構(gòu)機(jī)在珠海興業(yè)路施工過(guò)程中，盾構(gòu)始發(fā)駛出銀樺路始發(fā)端頭加固區(qū)后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)18～61環(huán)時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)殼體范圍內(nèi)，地面逐漸隆起。隆起位置多發(fā)生在B環(huán)末端至盾尾后部這一段經(jīng)過(guò)的地層，且隆起位置在脫出盾尾后迅速開(kāi)始下沉。地面隆起情況從離開(kāi)加固區(qū)開(kāi)始，一直持續(xù)到60環(huán)，隆起量從10mm逐漸增大，到7月19日第59環(huán)掘進(jìn)及掘進(jìn)完成后，里程DK1+620位置該點(diǎn)單日最大隆起達(dá)到59.59mm，累計(jì)隆起達(dá)到106.05mm，超出預(yù)警值（50mm）一倍以上。

2? ?原因分析

分析認(rèn)為，配置鉸接時(shí)，超大直徑盾構(gòu)包裹砂漿的情況不易出現(xiàn)。本次出現(xiàn)盾殼包裹砂漿，是因?yàn)樵摱軜?gòu)為第一臺(tái)配置有主動(dòng)鉸接的超大直徑盾構(gòu)，在鉸接處留出凹槽（高110mm，寬405mm），為砂漿凝固留有空間。

盾構(gòu)始發(fā)期間，砂漿配比不合理也是造成砂漿包裹的主要因素。始發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，從5月25日建壓到6月24日盾構(gòu)機(jī)整體出加固區(qū)，始發(fā)加固區(qū)與盾體間空隙大（盾體直徑15710mm，管片外徑15200mm），砂漿非常容易流動(dòng)到盾體中部。

始發(fā)到120環(huán)內(nèi)隧道頂部埋深10～11m時(shí)，盾構(gòu)機(jī)上部地層為液化砂層和粉質(zhì)黏土。隧道頂部液化砂層和粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土和填筑土。整體來(lái)看，覆土淺和地層較軟。且同步注漿注入位置選擇靠上且注漿量偏大。前24環(huán)注漿口選擇在盾構(gòu)機(jī)上半部，前20環(huán)頂部?jī)蓚€(gè)注漿口注漿量在10～4.3m?之間。前24環(huán)同步注漿選擇位置如圖1所示。

3? ?解決方案

3.1? ?準(zhǔn)備工作

3.1.1? ?確定振動(dòng)位置

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)所在位置和砂漿包裹部位以及需避開(kāi)地層內(nèi)的管線的原則，首先確定施工區(qū)域和振動(dòng)位置，再根據(jù)盾構(gòu)軸線范圍和埋深確定鋼板樁規(guī)格和打入深度和數(shù)量以及間距。離切口環(huán)5.26處打第一排鋼板樁如圖2所示。鉸接及盾尾地面位置如圖3所示。

3.1.2? ?確定止水隔離措施

60環(huán)掘進(jìn)完成后，切口里程DK1+611.536。在距離切口3.365m的B環(huán)左側(cè)、右側(cè)徑向注漿孔位置注入450kg聚氨酯，在55環(huán)L2塊位置（10點(diǎn)位置）注入200kg聚氨酯。聚氨酯運(yùn)至一號(hào)臺(tái)車前端如圖3所示。注入聚氨酯如圖4所示。

3.2? ?處理過(guò)程

61環(huán)掘進(jìn)前，在盾構(gòu)機(jī)頂部里程DK1+615，切口里程往盾尾方向4m處，先打一排鋼板樁，其中12m的鋼板樁8根，15m的鋼板樁4根，共計(jì)12根，間距1m。預(yù)埋鋼板樁如圖6所示?，F(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋鋼板樁如圖7所示。

63環(huán)掘進(jìn)前，在里程DK1+611，切口里程往盾尾方向4m處，再打入一排鋼板樁，共計(jì)11根，間隔1m。第一排鋼板樁如圖8所示。第二排鋼板樁如圖9所示。

在61～66環(huán)掘進(jìn)時(shí)，采用交替停機(jī)多點(diǎn)振動(dòng)和邊掘進(jìn)邊振動(dòng)相結(jié)合的方法。振動(dòng)遵循先中間后兩側(cè)交替進(jìn)行原則，直至鋼板樁領(lǐng)近鉸接位置適當(dāng)減少振動(dòng)。掘進(jìn)過(guò)程中保持推進(jìn)速度10mm/min，每掘進(jìn)5～10min，鋼板樁逐次振動(dòng)10～15次。鋼板樁接近鉸接位置時(shí)，拔高3.5cm。振動(dòng)結(jié)束后鋼板樁拔出后及時(shí)進(jìn)行回填處理。交替多點(diǎn)振動(dòng)如圖10所示。

62環(huán)單次振動(dòng)過(guò)程如下：第一階段振動(dòng)推進(jìn)至200mm，開(kāi)始提鉆，提鉆高度20cm，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間20s；第二階段振動(dòng)推進(jìn)至400mm，開(kāi)始提鉆，提鉆高度5cm，根據(jù)振動(dòng)情況分析，已打到盾殼；第三階段振動(dòng)推進(jìn)至600mm，開(kāi)始振動(dòng)，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間35s，距離盾殼5cm，所有鋼板樁提鉆5cm，恢復(fù)掘進(jìn)；第四階段振動(dòng)推進(jìn)至800mm，開(kāi)始振動(dòng)，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間35s；第五階段振動(dòng)推進(jìn)至1000mm，開(kāi)始振動(dòng)，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間35s；第六階段振動(dòng)推進(jìn)至1200mm，開(kāi)始振動(dòng)，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間35s；62環(huán)推進(jìn)結(jié)束，開(kāi)始振動(dòng)，鋼板樁整體下壓至離盾殼3cm，每根鋼板樁振動(dòng)時(shí)間35s。

3.3? ?砂漿配備調(diào)整

經(jīng)過(guò)盾殼內(nèi)取樣和地面打孔取芯，確認(rèn)砂漿包裹盾體后，決定更改砂漿配合比。原砂漿配比水泥含量高，凝固時(shí)間短。新的砂漿去掉了水泥，提高了纖維、石灰、細(xì)沙和粉煤灰、膨潤(rùn)土含量。

3.4? ?砂漿隔離及盾殼潤(rùn)滑措施

從70環(huán)開(kāi)始，盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)完成一環(huán)后，在中盾與盾尾頂部超前注漿孔注入500L的膨潤(rùn)土。注入膨潤(rùn)土主要起到潤(rùn)滑盾殼、稀釋砂漿作用，有利于防止砂漿凝結(jié)，并可有效將砂漿隔離，防止砂漿涌入鉸接凹槽內(nèi)。此措施一直持續(xù)到137環(huán)。膨潤(rùn)土注入位置如圖11所示。

4? ?處理過(guò)程數(shù)據(jù)及效果

從61～66環(huán)開(kāi)始采取鋼板樁振動(dòng)，經(jīng)過(guò)包裹盾體的砂漿大部分被振掉后，停留在洞頂?shù)貙觾?nèi)，繼而造成更大數(shù)值隆起，期間最大累計(jì)隆起256.12mm。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)機(jī)掘經(jīng)過(guò)此段地層后，仍然有部分砂漿在盾體上部形成包裹。但經(jīng)過(guò)振動(dòng)處理和調(diào)整砂漿配比，74～102環(huán)期間，累計(jì)隆起值已下降至56.38mm，與處理前最大隆起106mm相比下降近50%。隨著盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)掘進(jìn)，從103環(huán)開(kāi)始地面隆起值已下降至10mm以內(nèi)，直至114環(huán)下降至5mm以內(nèi)。

4.1? ?砂漿脫殼處理期數(shù)據(jù)

61～66環(huán)掘進(jìn)期間，采用鋼板樁振動(dòng)砂漿脫殼措施后，部分砂漿被振掉留在地層中，造成7月23日單日最大隆起145.39mm，24日單日隆起最大85.88，如表1所示。

4.2? ?振掉砂漿堆積在盾體上部時(shí)期數(shù)據(jù)

67～73環(huán)最大隆起點(diǎn)位數(shù)據(jù)如表2所示。67～73環(huán)掘進(jìn)期間，大量砂漿被振掉脫落盾體，但掘進(jìn)時(shí)振掉的凝固砂漿堆積地層中，仍然引起地面累計(jì)值隆起值較大，但單日隆起值已開(kāi)始有明顯下降的趨勢(shì)。

4.3? ?仍有少量砂漿跟隨時(shí)期數(shù)據(jù)

74～102環(huán)最大隆起點(diǎn)位數(shù)據(jù)表如表3所示。74環(huán)～102環(huán)掘進(jìn)期間，包裹的砂漿大部分已經(jīng)留在DK1+611和DK1+615之間，盾構(gòu)主機(jī)范圍地面隆起單日最大28.59mm，累計(jì)最大56.38mm，單日隆起值仍然超限。盾殼上仍有部分殘留砂漿包裹盾體，跟隨盾構(gòu)機(jī)沿掘進(jìn)軸線前進(jìn)。但通過(guò)隆起數(shù)據(jù)已能明顯看出，鋼板樁振動(dòng)砂漿脫殼處理措施已初見(jiàn)成效。

4.4? ?砂漿完全脫離盾體時(shí)期數(shù)據(jù)

103～132環(huán)最大隆起點(diǎn)位數(shù)據(jù)如表4所示。103～133環(huán)掘進(jìn)期間，殘留砂漿已基本被掛掉，留在地層中。地面隆起值也有明顯變化，鋼板樁振動(dòng)砂漿脫殼處理措施的效果已達(dá)到。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

泥水盾構(gòu)機(jī)在珠海興業(yè)路淺覆土段掘進(jìn)中，盾體鉸接前后位置出現(xiàn)砂漿凝結(jié)、包裹上半部盾體現(xiàn)象，將盾構(gòu)行進(jìn)線路上地面頂起，從而引起掘進(jìn)里程沿線隆起，基于此提出地面立樁垂直振動(dòng)的處理措施。此次砂漿凝固包裹盾體上半部，造成盾構(gòu)主機(jī)鉸接至盾尾沿線地面隆起，在超大直徑泥水盾構(gòu)上尚屬全國(guó)首例。同時(shí)證明了采取鋼板樁振動(dòng)處理盾體包裹砂漿（脫殼）技術(shù)，是一種經(jīng)濟(jì)高效可復(fù)制的工程處理措施。

本次工程實(shí)例雖有其獨(dú)特的因素和項(xiàng)目自身的原因，但也說(shuō)明了鋼板樁振動(dòng)措施能有效的處理此類施工問(wèn)題，為超大直徑泥水盾構(gòu)和其他盾構(gòu)出現(xiàn)盾體包裹情況，提供了一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、便捷的處理方式方法。

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