TBM下穿河流涵洞施工技術(shù)分析

毛 建

中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003

1 工程概況

重慶軌道交通六號(hào)線一期工程花卉園站～大龍山站TBM施工段區(qū)間隧道左線起訖里程為ZDK22+640～ZDK23+734.423，全長(zhǎng)1 094.423m（右線設(shè)計(jì)里程為YDK22+640～YDK23+734.423，全長(zhǎng)1090m）。隧道線路在YDK22+970～YDK23+036段下穿盤溪河涵洞，該段隧道圍巖基本分級(jí)為Ⅴ級(jí)，襯砌施工采用Ⅴ級(jí)圍巖襯砌斷面。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)頂部與涵洞擴(kuò)大基礎(chǔ)底部的凈距離為4.66m，為0.7B（B為隧道開挖直徑），根據(jù)鉆孔資料可以判斷，涵洞基礎(chǔ)位于風(fēng)化層以下的砂巖層面，隧道與涵洞基礎(chǔ)之間為砂巖與泥質(zhì)砂巖。在保證在不影響結(jié)構(gòu)安全及地表環(huán)境的前提下，TBM安全順利通過盤溪河涵洞顯得尤為重要。

2 區(qū)間隧道設(shè)計(jì)概況

2.1 區(qū)間隧道襯砌斷面設(shè)計(jì)

TBM下穿盤溪河涵洞段采用Ⅴ級(jí)圍巖襯砌斷面。結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)拱部采用R25中空注漿錨桿，邊墻設(shè)Φ22砂漿錨桿，錨桿均長(zhǎng)3.5m，梅花形布置，環(huán)、縱向間距1.0m×0.75m；拱墻設(shè)Ⅰ14型鋼鋼架，間距1榀/0.75m；全斷面噴C25早強(qiáng)混凝土，噴射混凝土厚150mm。

2.2 區(qū)間隧道超前支護(hù)設(shè)計(jì)

區(qū)間隧道 YDK22+970～YDK23+036、ZDK22+970～ZDK23+036段拱部150°設(shè)置Φ50超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，并注水泥水玻璃雙液漿。超前小導(dǎo)管長(zhǎng)12m，外插角為10°～15°，小導(dǎo)管縱向間距結(jié)合鋼架安裝情況進(jìn)行調(diào)整，但搭接長(zhǎng)度不小于1m，小導(dǎo)管環(huán)向間距為40mm。

2.3 區(qū)間隧道洞身管棚設(shè)計(jì)

區(qū)間隧道 YDK22+990～YDK23+018、ZDK22+990～ZDK23+018洞身段打設(shè)一環(huán)長(zhǎng)管棚，管棚長(zhǎng)度28m。管棚鋼管采用Φ89×5mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距為40cm，外插角為6°～8°，鋼管分節(jié)進(jìn)行安裝，接頭處兩端預(yù)加工成外絲扣以便于安裝。

3 工程施工

3.1 涵洞加固及導(dǎo)流施工

TBM下穿盤溪河涵洞施工前，為確保涵洞結(jié)構(gòu)的安全，采取在涵洞內(nèi)進(jìn)行注漿加固的措施，涵洞洞內(nèi)加固施工圖詳見圖1。

1）封堵截流。先檢測(cè)有害氣體、通風(fēng)，然后施作砂袋圍堰，將兩管涵洞的右側(cè)一管臨時(shí)封堵，水流匯集到左側(cè)一管涵洞內(nèi)流動(dòng)，封堵后將涵洞內(nèi)水抽干（或自然流盡風(fēng)干）；

2）確定加固范圍。右側(cè)涵洞封堵后，將該管涵洞內(nèi)淤泥清理干凈，然后測(cè)量放線，確定加固范圍，加固范圍為左右線中線外11m以內(nèi)，共35m；

3）打孔、注漿。在施工范圍內(nèi)打孔，進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固。鉆孔采用D2-25A強(qiáng)力地面巖石電鉆。小導(dǎo)管斜向插入涵洞基礎(chǔ)下方，通過涵洞底板下方的人工填土對(duì)涵洞基底下方的基巖進(jìn)行注漿加固，小導(dǎo)管的打入長(zhǎng)度以控制在距離隧道拱頂1m的距離為準(zhǔn)，小導(dǎo)管孔平均長(zhǎng)度為7.7m。小導(dǎo)管布置間距為1.5m，梅花形布置。注漿材料選用水泥漿，注漿時(shí)確保漿液將小導(dǎo)管內(nèi)填充滿，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（0.5MPa～1.0 MPa）時(shí)，可結(jié)束注漿。要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果；

4）涵洞過水底板鋪設(shè)防水層，施作混凝土保護(hù)層。將地板的泥渣及積水清理干凈后，在過水底板上鋪設(shè)防水卷材，并在防水層上鋪設(shè)50mm～80mm厚細(xì)石混凝土保護(hù)層。防水層鋪設(shè)范圍為縱向：加固范圍共35m；橫向滿鋪過水底板，并在兩側(cè)拱墻高度不小于1m范圍內(nèi)鋪設(shè)防水層并砌240mm厚磚墻保護(hù)防水層，磚墻外側(cè)抹水泥砂漿；

5）重復(fù)以上措施，對(duì)右側(cè)涵洞進(jìn)行截流、清淤、破除砼底板、打孔注漿等工作；

6）TBM掘進(jìn)通過并施作完成二次襯砌之后，對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進(jìn)行檢查，做好文明施工，協(xié)同市政、水利部門辦理移交手續(xù)。

圖1 涵洞洞內(nèi)加固施工圖

3.2 TBM掘進(jìn)下穿施工措施

3.2.1 管棚施工工藝

下穿段TBM隧道洞身管棚采用外徑89mm，壁厚5mm的熱軋無縫鋼管。管棚長(zhǎng)度28m，布設(shè)與拱頂150°范圍內(nèi)，環(huán)向間距40cm，外插角6°～8°，外插角度可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。每節(jié)鋼管兩端均預(yù)加工成外絲扣，以便連接接頭鋼管。鋼管按跳孔設(shè)鋼花管注水泥漿加固圍巖。管棚施工工序：準(zhǔn)備工作→鉆孔→清孔→頂進(jìn)鋼管棚→清孔→封孔→結(jié)束。

3.2.2 施工技術(shù)要求

鋼管需按設(shè)計(jì)位置施工，嚴(yán)格控制管棚打設(shè)方向，并做好每個(gè)鉆孔地質(zhì)記錄。盡量減小管棚的外插角，可在型鋼鋼架腹板開孔以穿管棚，也可采用一榀格柵鋼架代替開孔的型鋼鋼架，鋼管尾部應(yīng)與鋼架焊接。施工期間應(yīng)遵守隧道施工技術(shù)安全規(guī)范和鉆眼注漿作業(yè)操作規(guī)則。

3.3 超前小導(dǎo)管施工

3.3.1 超前小導(dǎo)管施工工藝

下穿段TBM隧道拱部150°設(shè)Φ50超前小導(dǎo)管，并注水泥水玻璃雙液漿。小導(dǎo)管長(zhǎng)度12m，環(huán)向間距40cm，縱向設(shè)置結(jié)合鋼架情況進(jìn)行調(diào)整，搭接長(zhǎng)度不小于1m。小導(dǎo)管施工工序：風(fēng)鉆→頂入鋼管→連接管路→壓水實(shí)驗(yàn)→有無滲漏→注漿→停止注漿。

3.3.2 施工技術(shù)要求

小導(dǎo)管安設(shè)一般采用鉆孔打入法，即先按設(shè)計(jì)要求鉆孔，鉆孔直徑58mm，然后將小導(dǎo)管穿過鋼架外輪廓，用錘擊或鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出。導(dǎo)管安設(shè)后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，必要時(shí)在小導(dǎo)管附近及工作面噴射混凝土，以防止工作面坍塌。

隧道的開挖長(zhǎng)度應(yīng)小于小導(dǎo)管的注漿長(zhǎng)度，預(yù)留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻。注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，可采用群管注漿（每次3根～5根）。注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量和注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（0.5MPa～1.0MPa）時(shí)，可結(jié)束注漿。注漿過程中要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果。水泥漿液的附加劑摻量如下：速凝劑（CaCl2）占水泥重的5%左右。

3.4 TBM隧道穿越后的技術(shù)措施

當(dāng)TBM噴漿橋通過下穿段時(shí)，及時(shí)架設(shè)全斷面臨時(shí)鋼架，鋼架采用Ⅰ16型鋼鋼架，間距0.75m，與永久鋼架交錯(cuò)布置。當(dāng)初期支護(hù)閉合成環(huán)一定長(zhǎng)度后，及時(shí)對(duì)初支背后回填注漿加固，以控制地面沉降量。穿越后，及時(shí)對(duì)掉塊部位的預(yù)埋注漿管進(jìn)行回填注漿加固。二次襯砌施工，當(dāng)二襯混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)對(duì)二襯背后回填注漿。

對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷涵洞的變形趨勢(shì)，根據(jù)分析結(jié)果確定是否需要采取相應(yīng)措施對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。TBM掘進(jìn)穿過本段后，還應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)部、盤溪河涵洞、地表進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，跟蹤監(jiān)測(cè)應(yīng)至少持續(xù)100天，待變形趨于穩(wěn)定，確定隧道、涵洞及路面安全的情況下，方可停止監(jiān)測(cè)。

3.5 監(jiān)控量測(cè)

為保證施工質(zhì)量和施工安全，在掘進(jìn)施工工過程中，對(duì)盤溪河涵洞及周圍地表沉降、位移及傾斜等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)結(jié)果來反饋施工，指導(dǎo)施工參數(shù)的優(yōu)化，從而保證盤溪河涵洞的安全。

4 結(jié)論

通過以上措施，TBM順利安全通過了盤溪河涵洞，這對(duì)以后的TBM下穿建（構(gòu)）筑物施工有著重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也為TBM在地鐵范圍內(nèi)更加廣泛的應(yīng)用做了很好的鋪墊。

[1]羅鑫.大直徑泥水平衡盾構(gòu)近距離下穿污水管施工技術(shù)[J].建筑施工，2009(8).

[2]呂偉，鄭文忠，李偉.穿黃隧洞盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量控制中的測(cè)量監(jiān)理管理[J].山西水利科技，2009(4).