水平凍結(jié)與鋼套箱輔助盾構(gòu)進(jìn)洞施工技術(shù)研究

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海軌道交通13號(hào)線13.7標(biāo)隆德路站—武寧路站區(qū)間隧道線路單線長(zhǎng)655.61 m，埋深8.7～21.7 m。本區(qū)間隧道在武寧路站進(jìn)洞區(qū)域穿越土層主要為⑤1-1灰色黏土層，⑤1-2灰色粉質(zhì)黏土層，⑤1-2層上部有⑤1t粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土層。由于武寧路站西端頭井不具備在地面施工常規(guī)水泥土進(jìn)洞的垂直加固條件，為此采取在西端頭井內(nèi)向外施作水平凍結(jié)加固。由于在單一凍結(jié)進(jìn)洞過(guò)程中易發(fā)生盾構(gòu)機(jī)被凍住而需要解凍，而本次進(jìn)洞處有⑤1t粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土層，有一定承壓性，在解凍中極易產(chǎn)生洞門(mén)漏水漏砂，引起水土流失，為此，采用了水平凍結(jié)與鋼套箱輔助盾構(gòu)進(jìn)洞。

2 水平凍結(jié)加固設(shè)計(jì)

根據(jù)武寧路站西端頭井進(jìn)洞處土層性質(zhì)，為保障盾構(gòu)順利進(jìn)洞，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)洞處凍結(jié)壁平均溫度為－10 °C，凍土帷幕有效厚度為1.4 m（圖1）。

在洞門(mén)周圈設(shè)置51 個(gè)水平凍結(jié)孔，外圈凍結(jié)孔入土深度5 m，中圈、內(nèi)圈和中心凍結(jié)孔入土深度均為3 m。設(shè)計(jì)凍結(jié)時(shí)間為35 d。

3 鋼套箱設(shè)計(jì)與安裝[1,2]

鋼套箱筒體部分長(zhǎng)11 400 mm，內(nèi)徑6 700 mm，分4 段（另有后端蓋、調(diào)整環(huán)和反力系統(tǒng)），每段又分為上、下2 塊，便于拆卸。

圖1 水平凍結(jié)加固示意

在原洞門(mén)環(huán)板預(yù)埋板的基礎(chǔ)上，鋼套箱與洞門(mén)環(huán)板之間設(shè)有1 段調(diào)整環(huán)，本工程調(diào)整環(huán)長(zhǎng)80 cm。由于本工程盾構(gòu)為曲線進(jìn)洞，調(diào)整環(huán)還需根據(jù)盾構(gòu)曲線進(jìn)洞的半徑預(yù)先設(shè)置出預(yù)留角度。

本區(qū)間進(jìn)洞段線型為緩和曲線段，要求鋼套箱基座中心線、線路中心線2 條控制線重合，誤差不大于1 cm。

在安裝鋼套箱之前，首先在接收井內(nèi)確定線路中心線，也就是鋼套箱的中心線，考慮到武寧路站西端頭井下行線無(wú)吊裝孔，套箱安放需從上行線平移，故施工時(shí)要先行安放下行線鋼套箱。下行線所需鋼套箱在地面分段組裝完畢后，依次下放到上行線的接收井內(nèi)拼裝，然后平移到下行線接收井內(nèi)，然后調(diào)整鋼套箱的位置，使其與事先確定好的線路中心線重合。

鋼套箱安裝完成后，對(duì)筒體位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，在確認(rèn)與盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的中心線滿(mǎn)足重合要求后，采用槽鋼或工字鋼對(duì)鋼套箱左右進(jìn)行加撐固定。

4 盾構(gòu)進(jìn)洞施工[3-8]

4.1 盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)穿越凍結(jié)體

洞門(mén)完全鑿除、鋼套箱內(nèi)填料完成后，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始從冰凍法加固體的外側(cè)向洞門(mén)推進(jìn)。推進(jìn)時(shí)，隨時(shí)觀測(cè)渣土溫度，適時(shí)向盾構(gòu)機(jī)頭部加注鹽水，防止刀盤(pán)被凍住。

在凍結(jié)體內(nèi)的推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意：

（a）在切口距離凍土墻30 cm時(shí)，開(kāi)始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，直至盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)穿越凍土后再按照常規(guī)推進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)；

（b）刀盤(pán)穿越凍結(jié)體時(shí)，推進(jìn)速度宜控制在1 cm/min，保證土倉(cāng)內(nèi)一定土壓，防止出空土倉(cāng)盾構(gòu)機(jī)抬頭上?。?/p>

（c）開(kāi)啟盾構(gòu)機(jī)解鎖模式，確保盾構(gòu)機(jī)在拼裝管片時(shí)，刀盤(pán)仍可以轉(zhuǎn)動(dòng)，防止刀盤(pán)被凍住；

（d）從特殊管片上預(yù)留的注漿孔向管片外側(cè)注雙液漿，防止盾尾后的水進(jìn)入盾尾前方。

4.2 進(jìn)鋼套箱掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)推出冷凍體后，盾構(gòu)開(kāi)始進(jìn)入鋼套箱，推速＜5 mm/min；在鋼套箱內(nèi)掘進(jìn)以管片拼裝模式掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)在鋼套箱內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中，要確保與外界聯(lián)系，盾尾脫離洞門(mén)鋼環(huán)，停止同步注漿（圖2）。

圖2 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞示意

在第二階段的推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)注意：

（a）根據(jù)鋼套箱頂部安裝的壓力表的讀數(shù)，及時(shí)調(diào)整推進(jìn)壓力，避免推進(jìn)壓力過(guò)大，對(duì)于鋼套箱密封處出現(xiàn)滲漏狀況，壓力過(guò)大時(shí)，打開(kāi)鋼套箱后板蓋上的排漿口，進(jìn)行卸壓；

（b）進(jìn)套筒時(shí)，必須以實(shí)際測(cè)量的鋼套箱安裝中心線為準(zhǔn)控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，要求中心線偏差控制在±2 cm之內(nèi)。從特殊管片上預(yù)留的注漿孔向管片外側(cè)注雙液漿，防止盾尾后的水進(jìn)入盾尾前方；

（c）盾構(gòu)機(jī)筒體推到位置并完成洞門(mén)密封后，在刀盤(pán)不轉(zhuǎn)情況下，出空艙內(nèi)回填物；

（d）打開(kāi)鋼套箱底部的排漿管，排出剩余的漿液，并檢查筒體的漏漿情況。在洞門(mén)雙液漿凝固后，情況穩(wěn)定、安全的情況下，開(kāi)始拆除鋼套箱；

（e）在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)及過(guò)程中加大測(cè)量頻率，并復(fù)核控制點(diǎn)，確保盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的姿態(tài)正確。

4.3 洞門(mén)密封

盾構(gòu)接收推進(jìn)過(guò)程中，洞門(mén)密封是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是接收成功與否的關(guān)鍵因素，為了保證洞門(mén)密封的質(zhì)量，采取以下措施對(duì)洞門(mén)進(jìn)行封堵：

（a）盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)同步注漿嚴(yán)格按照技術(shù)交底進(jìn)行，填充好施工間隙；

（b）盾尾進(jìn)入加固體后，在已成型的隧道內(nèi)，利用特殊管片上預(yù)留的注漿孔，向管片外側(cè)注入雙液漿，時(shí)刻檢查鋼套箱是否有漏漿、形變等情況，如有漏漿或者形變過(guò)大等情況發(fā)生，可以采取調(diào)低壓力，減小推速等措施；

（c）使用前對(duì)整體鋼套箱基座、焊接和螺栓連接情況進(jìn)行檢查，確保套箱穩(wěn)定，整體強(qiáng)度可靠。盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入鋼套箱后，打開(kāi)特殊管片上預(yù)留的注漿孔的球閥、鋼套箱過(guò)渡連板上預(yù)留的觀測(cè)管，觀察出水量。若水量較大，則繼續(xù)通過(guò)預(yù)留注漿管、注漿孔注漿，直至打開(kāi)球閥無(wú)水流出后，方可拆解鋼套箱。

（d）零環(huán)采用特殊制作的管片，在管片外側(cè)預(yù)埋背負(fù)鋼板，待注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，自上向下逐塊拆除與洞門(mén)連接的鋼套箱調(diào)整環(huán)，并依次使用鋼板焊接背負(fù)鋼板與洞門(mén)鋼環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞是盾構(gòu)隧道施工中風(fēng)險(xiǎn)性最大的關(guān)鍵工序，在上海軌道交通13號(hào)線隆德路站—武寧路站區(qū)間隧道進(jìn)洞中，由于接收井處無(wú)法施工常規(guī)水泥土進(jìn)洞垂直加固，且進(jìn)洞土層有不良地質(zhì)存在，盾構(gòu)進(jìn)洞風(fēng)險(xiǎn)極大。為此采用了水平凍結(jié)與鋼套箱相結(jié)合輔助盾構(gòu)進(jìn)洞的工藝，合理地解決了鋼套箱與水平凍結(jié)在進(jìn)洞施工中的問(wèn)題，保證了盾構(gòu)進(jìn)洞安全。