富水污染地層泥水盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)分析與處理

【摘要】以北京地鐵7號(hào)線百子灣至化工站隧道區(qū)間泥水盾構(gòu)始發(fā)為例，介紹泥水盾構(gòu)在富水污染地層始發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)述了土體加固、密封建倉(cāng)、洞門(mén)鑿除等安全注意事項(xiàng)，并分析事發(fā)過(guò)程中可能出現(xiàn)的涌水涌砂施工風(fēng)險(xiǎn)情況，提出相應(yīng)對(duì)策，為類似工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】泥水盾構(gòu)；富水砂層；密封；注意事項(xiàng)；對(duì)策

1、工程概況

百子灣站～化工站區(qū)間西起廣渠路南側(cè)、化工二廠舊址北側(cè)的百子灣站，線路出站后以350m半徑曲線斜穿廣華新城（原化工二廠）建設(shè)地塊后轉(zhuǎn)向南，沿規(guī)劃化二東側(cè)路向南，止于廣華新城東側(cè)的化工站。右線區(qū)間長(zhǎng)度721.763m，左線區(qū)間長(zhǎng)度687.566m（長(zhǎng)鏈29.964m），平面最小轉(zhuǎn)彎半徑350m，最大坡度為6.077‰，區(qū)間覆土8.4～10.0m，區(qū)間中部設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)通道。

根據(jù)隧道所穿越污染地層的特點(diǎn)，本工程選用1臺(tái)日本三菱公司生產(chǎn)的Φ6280mm泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)。

2、地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

百子灣站～化工站區(qū)間主要為粉土③層、粉質(zhì)粘土③1層、粉細(xì)砂④3層、中粗砂④4層、圓礫⑤層、中粗砂⑤1層，局部為粉細(xì)砂③3層及細(xì)中砂⑥3層，圍巖土體的自穩(wěn)能力差。施工影響范圍內(nèi)存在二層地下水：潛水水位標(biāo)高20.82～22.58m；承壓水水頭標(biāo)高9.36～12.22m，圍巖分級(jí)均為Ⅵ級(jí)。盾構(gòu)施工穿過(guò)的地層分布見(jiàn)圖1，盾構(gòu)在該地層中施工，易出現(xiàn)刀盤(pán)的磨損及刀盤(pán)前方砂性地層塌方的問(wèn)題。

3、污染土、污染水情況

根據(jù)《地鐵7號(hào)線（大郊亭站-焦化廠車(chē)輛段）場(chǎng)地環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告》（北京市環(huán)境科學(xué)研究院），本區(qū)間設(shè)置了8個(gè)采樣點(diǎn)，其中7個(gè)土壤采樣點(diǎn)，1個(gè)地下水采樣點(diǎn)，根據(jù)土壤采樣，檢測(cè)出土壤污染物包括砷、總石油烴、氯乙烯、1、2-二氯乙烷、氯仿，1個(gè)地下水采樣點(diǎn)未檢測(cè)出超標(biāo)污染物。北端百子灣站土壤及地下水未檢驗(yàn)出超標(biāo)污染物，南端的化工站土壤污染物包括1、2-二氯乙烷、氯仿，地下水污染物包括氯乙烯、1、2-二氯乙烷。氯乙烯、1、2-二氯乙烷、氯仿均是揮發(fā)性極強(qiáng)的致癌物。

4 、盾構(gòu)始發(fā)流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1始發(fā)流程

對(duì)于泥水盾構(gòu)，其始發(fā)流程是：對(duì)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)架進(jìn)行安裝；盾構(gòu)機(jī)就位；進(jìn)行反力架安裝；對(duì)負(fù)環(huán)管片進(jìn)行拼裝等。始發(fā)如圖2所示：

4.2關(guān)鍵工序

泥水盾構(gòu)始發(fā)的關(guān)鍵工序主要包括：始發(fā)端頭土體加固，洞門(mén)密封、洞門(mén)的鑿除、負(fù)環(huán)安裝、盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)等。

5、端頭加固措施

在百子灣站～化工站區(qū)間始發(fā)端頭加固采用適用于北京地區(qū)的三重管旋噴樁加固，在施工過(guò)程中安排了專業(yè)技術(shù)人員旁站，加固完成后28天進(jìn)行鉆芯取樣，加固的鉆芯取樣工作已經(jīng)完成，滿足設(shè)計(jì)院要求的滲透系數(shù)<1.0×10-8cm/sec，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。

6、洞門(mén)的破除

對(duì)于洞門(mén)，在進(jìn)行密封裝置安裝前，首先要對(duì)加固效果進(jìn)行確定，然后運(yùn)用風(fēng)鎬破除洞門(mén)圍護(hù)洞門(mén)混凝土自上而下分塊鑿除（詳見(jiàn)圖3）在做好破除工作后，要將盾構(gòu)刀盤(pán)推到距離洞門(mén)0.8-1.2m之間的位置，并且確保油缸的形成。其次再進(jìn)行簾布橡膠安裝和密封工作，在清理完洞門(mén)雜物之后，將盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)很快的推進(jìn)到洞門(mén)內(nèi)部，這樣就做好了洞門(mén)鑿除的全部施工。

7、洞門(mén)密封裝置

在采用泥水盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)對(duì)富水污染地層進(jìn)行施工的時(shí)候，具有非常大的施工風(fēng)險(xiǎn)存在，一旦有些地方的施工技術(shù)不到位，就會(huì)嚴(yán)重威脅到施工人員的生命健康安全。特別是當(dāng)洞門(mén)的密封工作做得不好時(shí)，大量受到污染的泥土和地下水就會(huì)從洞門(mén)或者是筒體的間隙處流失，從而造成極大的施工危險(xiǎn)。然而，目前的洞門(mén)密封裝置一般都是由簾布橡膠板、圓環(huán)板和螺栓等組成，這些構(gòu)件所組成的洞門(mén)密封裝置是臨時(shí)的，對(duì)于污染水土的流失不能進(jìn)行很好的控制，因此還需要采取其他的措施進(jìn)行加固處理。比如在這個(gè)臨時(shí)建成的洞門(mén)密封裝置的鋼環(huán)和盾構(gòu)管片之間增設(shè)盾尾刷，然后再在盾尾刷上填充適量的手摸油脂，這樣能夠有效的防止污染水土的流失。面對(duì)長(zhǎng)距離砂層及上軟下硬地層中區(qū)間掘進(jìn)施工，盾尾刷磨損較大，易導(dǎo)致盾尾漏水、漏砂等現(xiàn)象，所以施工過(guò)程中需做好尾刷的保護(hù)及隨時(shí)更換措施。密封裝置如圖4所示。

圖4 洞口密封止水裝置示意圖

8、負(fù)環(huán)片的安裝

按設(shè)計(jì)要求經(jīng)精確測(cè)量定位后拼裝負(fù)環(huán)管片，本工程的負(fù)環(huán)片擬采用全環(huán)拼裝，隧道的進(jìn)料采用利用明挖敞開(kāi)段作垂直運(yùn)輸，待初始掘進(jìn)達(dá)到72m，盾構(gòu)后續(xù)管片摩擦力足夠提供盾構(gòu)掘進(jìn)反力時(shí)，拆除負(fù)環(huán)片，改由始發(fā)井作為垂直運(yùn)輸通道。右線盾構(gòu)始發(fā)所需臨時(shí)管片采用左線盾構(gòu)始發(fā)用管片。

9、始發(fā)掘進(jìn)的泥水管理

盾構(gòu)在完成加固體掘進(jìn)后，還需要對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)、進(jìn)排漿流量以及同步注漿壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，從而為正常段的掘進(jìn)施工獲得最佳的施工參數(shù)。

（1）泥水材料

水：清水；

膨潤(rùn)土：采用高性能I級(jí)膨潤(rùn)土；

CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能；

燒堿：作為分散劑，防止粘粒聚合成絮狀。

拌制泥漿前，應(yīng)進(jìn)行泥漿配合比的設(shè)計(jì)。

新制備的泥漿必須在泥漿池存放一定時(shí)間后才能使用。其性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定：

（2）泥水粘度及比重

根據(jù)不同的地層，通常采用泥水粘度26s（漏斗粘度）；泥水比重值為1.10～1.15。在施工中，每推進(jìn)一環(huán)對(duì)泥水進(jìn)行測(cè)定，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿劣化，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。另外，根據(jù)不同的土質(zhì)，也要及時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行調(diào)整。

表1制備泥漿的性能指標(biāo)

項(xiàng)次項(xiàng)目性能指標(biāo)檢驗(yàn)方法

1 比重 1.10～1.15 泥漿比重計(jì)

2 粘度 18～28s 500ml /700 ml漏斗法

3 含砂率<5% 含砂量法

4 膠體率>95% 量杯法

5 失水量 30ml/30min 失水量?jī)x

6 泥皮厚度 1～3mm/30min 失水量?jī)x

7 PH值 7～9 PH試紙

10、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)施工風(fēng)險(xiǎn)

（1）風(fēng)險(xiǎn)分析

本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)的主要風(fēng)險(xiǎn)為：如果始發(fā)端頭的地層沒(méi)能得到有效的處理，那么盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行始發(fā)工作的時(shí)候，就極有可能面臨地面大幅度沉陷的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)被泥土掩埋。而如果是在對(duì)始發(fā)基座進(jìn)行定位的時(shí)候，定位準(zhǔn)確度不夠，那么盾構(gòu)機(jī)一出洞就會(huì)出現(xiàn)偏離設(shè)計(jì)軸線的情況出現(xiàn)，這些風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)施工都是非常不利的。

（2）風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

（1）在利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行始發(fā)施工的時(shí)候，為了規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，在盾構(gòu)機(jī)切入掌子面的時(shí)候，就需要建立起相應(yīng)的泥水平衡，這樣能夠有效的防止坍塌事故的發(fā)生。與此同時(shí)，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)地段，還需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)適量的進(jìn)行同步注漿，從而確保將洞門(mén)圈回填密實(shí)。

（2）對(duì)于施工過(guò)程中所應(yīng)用到的管片，還需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行拉緊，這樣能夠有效的防止因管片環(huán)間出現(xiàn)縫隙而發(fā)生滲漏的情況出現(xiàn)。

（3）盾構(gòu)在始發(fā)段施工的時(shí)候，需要嚴(yán)格控制好盾構(gòu)的姿態(tài)，并且需要確保相應(yīng)的施工工序以及施工參數(shù)的正常。其次，在保證施工質(zhì)量的前提下，盡可能早的完成盾構(gòu)的出洞。最后，在進(jìn)行掘進(jìn)施工的時(shí)候，還需要采取有效的措施來(lái)防止盾構(gòu)的姿態(tài)發(fā)生變化。

結(jié)束語(yǔ)：

在對(duì)富水污染地層進(jìn)行泥水盾構(gòu)施工的時(shí)候，仍然存在著相應(yīng)的施工問(wèn)題。北京地鐵7號(hào)線百化區(qū)間泥水盾構(gòu)成功的始發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可為國(guó)內(nèi)類似工程提供參考。

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