鄭州地鐵1號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)隧道穿越人防隧道施工技術(shù)

李培增 楊紅軍

(1.中鐵中原投資發(fā)展有限公司，河南鄭州 450016;2.中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003)

鄭州市軌道交通1號(hào)線(xiàn)(火車(chē)站站—中原東路站)區(qū)間從火車(chē)站至京廣北路沿著中原東路下穿過(guò)金水河橋到中原東路站。鄭州火車(chē)站盾構(gòu)區(qū)間隧道端頭處下部有人防隧道，人防隧道與區(qū)間隧道在設(shè)計(jì)位置上形成嚴(yán)重干涉，必須在隧道修筑前對(duì)人防隧道進(jìn)行處理。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的踏勘，人防隧道建于20世紀(jì)70年代。該人防隧道頂部為混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為磚混結(jié)構(gòu)，埋深約20m，內(nèi)部灌滿(mǎn)污水，結(jié)構(gòu)尺寸及其他狀況不詳，給區(qū)間隧道施工帶來(lái)隱患，需對(duì)該處進(jìn)行處理，才能進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工，確保隧道后期安全。具體位置見(jiàn)圖1。

圖1 盾構(gòu)隧道人防隧道的平面關(guān)系

1 人防隧道處理

1.1 人防隧道探測(cè)

該人防隧道修建年代久遠(yuǎn)，且屬于廢棄的帶軍事性質(zhì)的設(shè)施，無(wú)法找到詳細(xì)的平面位置和結(jié)構(gòu)圖。通過(guò)人防隧道通風(fēng)口發(fā)現(xiàn)，人防隧道內(nèi)全是水，初步計(jì)劃在合適的位置將人防隧道截?cái)啵ㄟ^(guò)通風(fēng)口將人防隧道內(nèi)的水抽干，然后人員進(jìn)入其中，詳細(xì)確認(rèn)隧道的結(jié)構(gòu)形式。截?cái)嗳朔浪淼篮螅?臺(tái)100m3/h的水泵抽了一周，水位基本上沒(méi)有變化，初步判斷該人防通道內(nèi)的水與地下水相通，通過(guò)沿線(xiàn)加密地質(zhì)鉆孔取芯探測(cè)人防隧道位置和形式，探測(cè)到并詳細(xì)確認(rèn)了人防隧道的基本空間位置和深度:人防隧道兩側(cè)為磚結(jié)構(gòu)，頂板為無(wú)筋混凝土結(jié)構(gòu)(2m×2.8m)。位置及結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 人防與盾構(gòu)隧道的關(guān)系

1.2 人防隧道處理

(1)地面截?cái)嚅_(kāi)孔

根據(jù)現(xiàn)有掌握的人防隧道情況，在合適地段設(shè)置人防隧道截?cái)辔恢茫財(cái)辔恢脙?nèi)用沖擊鉆在人防隧道頂部位置成3個(gè)直徑為1.2m孔，孔中心距離1.4m。并用沖擊鉆將人防隧道頂部破除。待孔打穿后立即下入連接好的φ50注漿管(在盾構(gòu)隧道方位外用鋼花管)。

(2)填料

地面開(kāi)孔完成、φ50注漿管安裝完成后，利用自制料斗向孔內(nèi)填入級(jí)配良好，含泥量較小的碎石、砂，填入高度為人防隧道頂面1m以上，灌碎石時(shí)應(yīng)注意保護(hù)注漿管不被破壞。在盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)注漿管采用塑料管。

(3)人防隧道截?cái)嗵幾{

當(dāng)碎石填止規(guī)定高程后，在碎石處注雙液漿，直至形成截?cái)嗳朔浪淼赖闹顾∧弧?/p>

(4)抽水

人防隧道兩端封堵完成，且達(dá)到截?cái)唷⒎忾]人防隧道的要求后，在火車(chē)站站內(nèi)人防隧道出口處下入水泵將截?cái)嗟娜朔浪淼纼?nèi)的水抽干，派專(zhuān)人下去了解人防隧道的內(nèi)部情況。然后在人防隧道與區(qū)間隧道平面位置相交處人工填沙袋，以提高人防隧道的承載力，確保區(qū)間隧道的施工安全。

(5)填料

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水情況和后期詳細(xì)勘測(cè)情況看，由于人防隧道修建年代久遠(yuǎn)，且兩側(cè)為磚結(jié)構(gòu)，人防隧道內(nèi)的水已經(jīng)與地下水連通，人員無(wú)法下去。

因此，在截?cái)鄡?nèi)的人防隧道部位上方用沖擊鉆重新開(kāi)孔，該孔沿人防隧道軸線(xiàn)間隔3m布置，開(kāi)孔深度為地面至人防隧道底部，開(kāi)孔完成后用φ250 mm導(dǎo)管從孔口部位填入級(jí)配良好的砂石料。

(6)注漿

待人防隧道內(nèi)砂石料填充完成后，在填充砂石料的孔內(nèi)，沿人防隧道軸線(xiàn)，在人防隧道位置間隔1m、梅花形布置(人防隧道橫向布置2個(gè))，使用KBY-50雙液注漿機(jī)(必要時(shí)可使用大功率的水泥單液注漿機(jī))通過(guò)袖閥管(主要利用其可重復(fù)多次注漿原理)向人防隧道內(nèi)壓密注漿。先注雙液漿，后注單液漿(純水泥漿)。將人防隧道填充密實(shí)，周?chē)馏w加固。

1.3 處理效果檢查

待回填、注漿完成，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)前，需要對(duì)該人防隧道在現(xiàn)場(chǎng)多方見(jiàn)證下檢查其處理效果，檢查使用地質(zhì)鉆進(jìn)行鉆孔、取芯、取樣，并檢查其強(qiáng)度。根據(jù)盾構(gòu)施工需要，人防回填處理后需能打到原狀土狀態(tài)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于100 kPa。在人防隧道處理范圍內(nèi)，每個(gè)盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取3個(gè)點(diǎn)，鉆孔、取芯、送檢(第三方有資質(zhì)的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu))，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 盾構(gòu)隧道掘進(jìn)

2.1 掘進(jìn)過(guò)程

主要是針對(duì)左線(xiàn)8～16環(huán)，右線(xiàn)11～17環(huán)、21～31環(huán)掘進(jìn)，如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)穿越人防隧道平面示意

(1)土倉(cāng)壓力選定

土倉(cāng)壓力值應(yīng)與地層的土壓力和靜水壓力應(yīng)相平衡，穿越人防段掘進(jìn)，土倉(cāng)中部壓力應(yīng)建立在1.5～1.6 bar左右，可使刀盤(pán)前方地表略有隆起，隆起量控制在2～3 mm為宜。

(2)碴土改良

穿越人防段掘進(jìn)主要向刀盤(pán)、土倉(cāng)、螺旋機(jī)內(nèi)添加泡沫劑(泡沫比例2%，掘進(jìn)一環(huán)泡沫原液使用量為30～40 L)和水，對(duì)碴土進(jìn)行改良，將土體盡量的改良呈牙膏狀。

(3)出碴量的控制

本盾構(gòu)區(qū)間單環(huán)管片設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1.5m，刀盤(pán)設(shè)計(jì)外徑為6.28m，每環(huán)理論出碴量(實(shí)方)為46.4m3，施工過(guò)程中可根據(jù)碴車(chē)的儲(chǔ)存量(每節(jié)碴車(chē)的容量為18m3)及碴土的松散系數(shù)綜合評(píng)估，每環(huán)實(shí)際出碴量為3～3.5節(jié)碴車(chē)(60m3左右)，掘進(jìn)過(guò)程中主司機(jī)根據(jù)推進(jìn)油缸行程進(jìn)行分析，1節(jié)碴車(chē)需掘進(jìn)400～450 mm。

(4)推進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩及推力控制

穿越人防段掘進(jìn)速度控制在20～30 mm/min，勻速推進(jìn)，刀盤(pán)扭矩最高峰值不得大于150 bar，總推力小于1000 t;推進(jìn)過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可做適當(dāng)調(diào)整。

(5)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向的控制

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.5～1.8轉(zhuǎn)/min，以低檔位掘進(jìn)。

刀盤(pán)轉(zhuǎn)速主要以掘進(jìn)左線(xiàn)介紹:第4～7環(huán)掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)轉(zhuǎn)向盡可能的選用逆時(shí)針(根據(jù)主機(jī)滾動(dòng)角度必要時(shí)選用順時(shí)針)，以加大掘進(jìn)方向右側(cè)的土壓力;第8～12環(huán)掘進(jìn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)向盡可能的選用順時(shí)針(根據(jù)主機(jī)滾動(dòng)角度必要時(shí)選用逆時(shí)針)，以加大掘進(jìn)方向左側(cè)的土壓力;第13～17環(huán)掘進(jìn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速仍控制在1.8轉(zhuǎn)/min低檔位掘進(jìn)，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向根據(jù)主機(jī)滾動(dòng)角度主司機(jī)自行控制;

(6)盾構(gòu)軸線(xiàn)、地表沉降要求

盾構(gòu)軸線(xiàn)偏離設(shè)計(jì)軸線(xiàn)不大于±50 mm，推進(jìn)過(guò)程中根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整各組油缸推進(jìn)力，確保盾構(gòu)姿態(tài)偏差在允許范圍內(nèi)，穿越人防段可將盾構(gòu)姿態(tài)控制在設(shè)計(jì)軸線(xiàn)以上40～50 mm，地面隆陷控制在+10～-30 mm。

(7)盾構(gòu)姿態(tài)糾偏控制

穿越人防段，線(xiàn)路平面4～9環(huán)為直線(xiàn)段，10～17環(huán)為右轉(zhuǎn)緩和曲線(xiàn)，線(xiàn)路縱斷面為+2‰的上坡逐漸變化至10‰下坡，盾構(gòu)處于凸曲線(xiàn)上，掘進(jìn)過(guò)程中將盾構(gòu)主機(jī)姿態(tài)控制在2‰的上坡，使盾構(gòu)處于上坡的趨勢(shì)，防盾構(gòu)通過(guò)人防時(shí)出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，原則上盾構(gòu)機(jī)每環(huán)的糾偏趨勢(shì)不大于2‰。值班人員應(yīng)做好管片的選型工作，上下、左右方向油缸行程差控制在40 mm以?xún)?nèi)，同時(shí)還應(yīng)保證盾尾間隙適中。

(8)同步注漿

第4環(huán)掘進(jìn)開(kāi)始進(jìn)行同步注漿作業(yè)，同步注漿時(shí)壓注速度不可過(guò)快，如簾布橡膠密封不嚴(yán)時(shí)出現(xiàn)大量漏漿，利用第1環(huán)吊裝孔，壓注水泥、水玻璃雙液漿進(jìn)行封堵。

同步注漿壓力應(yīng)控制0.2～0.3 MPa，管片二次注漿壓力為0.3～0.5 MPa。注漿量為理論注漿量的1.5～2.0倍，并應(yīng)通過(guò)地面變形觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整;初始注漿量設(shè)為5～6m3/環(huán)，掘進(jìn)過(guò)程中根據(jù)地表沉降情況及時(shí)調(diào)整。

(9)監(jiān)控量測(cè)

盾構(gòu)穿越人防段期間，加強(qiáng)地表的沉降觀測(cè)工作，每天觀測(cè)次數(shù)為3次，早中晚各一次，監(jiān)測(cè)小組每天早上7：00、下午16：00和晚上11：00前提交監(jiān)測(cè)成果，根據(jù)監(jiān)測(cè)成果指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

2.2 應(yīng)急預(yù)案

(1)盾構(gòu)穿越人防時(shí)叩頭

盾構(gòu)機(jī)在通過(guò)人防隧道時(shí)，由于人防隧道頂部回填不夠密實(shí)或者承載力不夠，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，預(yù)防措施:

①抬高盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，將盾構(gòu)姿態(tài)抬高軸線(xiàn)40～50 mm，使盾構(gòu)主機(jī)仰頭掘進(jìn)。

②管片選型時(shí)減小上下組油缸的行程差，使管片姿態(tài)處于2‰～3‰的上坡趨勢(shì)，管片底部需有一定的超量。

過(guò)程控制:

掘進(jìn)過(guò)程中如盾構(gòu)土倉(cāng)壓力減小失壓，盾構(gòu)高程姿態(tài)下沉，下沉量達(dá)到10 mm，應(yīng)降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速至1.0～1.5轉(zhuǎn)/min，同時(shí)加大盾構(gòu)底部油缸組推力，減小頂部油缸組推力。

如下沉量累計(jì)達(dá)到20 mm，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.5轉(zhuǎn)/min，將底部油缸推力調(diào)至最大，將盾構(gòu)上半斷面部分推進(jìn)油缸電磁閥拆除，采取減油缸，減推力的方式抬高盾構(gòu)姿態(tài)。

如下沉量累計(jì)達(dá)到30 mm，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.3轉(zhuǎn)/min，將底部油缸推力調(diào)至最大，將盾構(gòu)上半斷面部分推進(jìn)油缸電磁閥拆除，采取減油缸，減推力的方式抬高盾構(gòu)姿態(tài)。另外通過(guò)安裝轉(zhuǎn)彎環(huán)管片增加管片底部超前量，如超前量無(wú)法跟上，在底部6～10組油缸和管片之間增加型鋼墊塊，增加管片超前量。另外:將下半部分的鉸接油缸伸長(zhǎng)，上半部分鉸接油缸縮短，便于姿態(tài)的調(diào)整。

(2)人防頂部混凝土結(jié)構(gòu)卡刀盤(pán)

過(guò)程控制:掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)切削到人防頂部混凝土?xí)r，如刀盤(pán)扭矩突然增大，主司機(jī)應(yīng)立即停止推進(jìn)，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)，采用慢磨的方法進(jìn)行推進(jìn)，推進(jìn)速度在20～30 mm之間。

2.3 掘進(jìn)過(guò)程注意事項(xiàng)

為確保盾構(gòu)施工能夠順利的通過(guò)人防隧道，在盾構(gòu)掘進(jìn)前后還應(yīng)注意如下內(nèi)容:

①穿越人防通道前對(duì)盾構(gòu)、門(mén)吊、電瓶車(chē)、攪拌站等設(shè)備進(jìn)行一次全面的檢修及保養(yǎng)，確保穿越人防隧道期間不發(fā)生機(jī)械故障，造成停機(jī)。

②掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)向刀盤(pán)面板、土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)添加泡沫劑，減小刀盤(pán)扭矩及螺旋輸送機(jī)扭矩。

③每環(huán)掘進(jìn)前先將刀盤(pán)正反向各旋轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，掘進(jìn)完成停機(jī)前刀盤(pán)正反向各旋轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，將刀盤(pán)前方碴土切削下來(lái)，防止卡機(jī)，停機(jī)前還應(yīng)將螺旋輸送機(jī)反轉(zhuǎn)將螺旋輸送機(jī)內(nèi)的部分碴土反轉(zhuǎn)至土倉(cāng)內(nèi)，避免下環(huán)掘進(jìn)出現(xiàn)卡機(jī)。

④穿越人防前盾構(gòu)機(jī)上的膨潤(rùn)土罐內(nèi)儲(chǔ)備拌制好的膨潤(rùn)土，如人防結(jié)構(gòu)被破壞后人防內(nèi)的污水涌入土倉(cāng)出現(xiàn)突泥涌水現(xiàn)象，可向刀盤(pán)內(nèi)添加膨潤(rùn)土，對(duì)土體進(jìn)行改良，確保盾構(gòu)能正常推進(jìn)。

⑤管片拼裝完畢，主司機(jī)應(yīng)及時(shí)將土倉(cāng)力建立起來(lái)。

⑥推進(jìn)過(guò)程中主司機(jī)應(yīng)對(duì)盾尾密封刷內(nèi)及時(shí)補(bǔ)充盾尾油脂。

⑦在掘進(jìn)過(guò)程中，技術(shù)人員要仔細(xì)觀察碴土的性狀、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)狀態(tài)、各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)等，出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)通知相關(guān)人員后按照既定的應(yīng)急預(yù)案處理。

⑧盾構(gòu)通過(guò)后要繼續(xù)監(jiān)測(cè)管片，并通過(guò)管片壁后注漿，確保盾構(gòu)隧道后期安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

人防隧道處理完成后，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生過(guò)局部地段盾構(gòu)機(jī)推力減小，出碴量減小，同步注漿量增加，碴土中水量增加等情況，但按照既定的技術(shù)方案，左、右線(xiàn)盾構(gòu)隧道均已順利通過(guò)了人防隧道(左線(xiàn)于2010年2月掘進(jìn)通過(guò)，右線(xiàn)于2010年6月掘進(jìn)通過(guò))，盾構(gòu)通過(guò)后對(duì)該異常段進(jìn)行了二次補(bǔ)強(qiáng)注漿處理，盾構(gòu)掘進(jìn)完成后對(duì)盾構(gòu)隧道穿越人防隧道段地面和盾構(gòu)隧道內(nèi)管片等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，均無(wú)異常情況出現(xiàn)。

［1］GB 50446—2008 盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］竺維彬，鞠世健，等.復(fù)合地層中盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2006

［3］陳世明.地鐵盾構(gòu)隧道沿線(xiàn)障礙樁沖樁破除施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2010(2)

［4］姚先力.南京地鐵2號(hào)線(xiàn)拔樁施工中套管鉆進(jìn)拔樁法的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2010(2)

［5］劉磊，等.鄭州地鐵1號(hào)線(xiàn)火車(chē)站站人防隧道處理施工技術(shù)方案［Z］.洛陽(yáng):中鐵隧道股份有限公司，2009