成都地鐵火科區(qū)間盾構(gòu)到達(dá)施工技術(shù)研究

張軍福

摘要：成都地鐵7號線盾構(gòu)在到達(dá)科華南路站前需穿越直徑為2200mm的污水管。文章從其施工方案對比選擇、污水管加固、盾構(gòu)掘進(jìn)等方面進(jìn)行研究，最后得出的研究結(jié)論是通過托梁加固污水管、地層注漿加固、分段嚴(yán)密控制掘進(jìn)參數(shù)，盾構(gòu)安全、環(huán)保到達(dá)科華南路站，這項(xiàng)施工技術(shù)措施有效且應(yīng)得到推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：成都地鐵；火科區(qū)間；盾構(gòu)到達(dá)；污水管加固；盾構(gòu)掘進(jìn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U482 文章編號：1009-2374（2016）01-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.050

1 工程概況

成都地鐵7號線盾構(gòu)左線在ZDK19+885.486、右線在YDK19+890.134分別到達(dá)科華南路站；掘進(jìn)該段采用CTECφ6250土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。該段隧道地層為<3-8-3>密實(shí)卵石層，土體自穩(wěn)性較好，但接收位置隧道底一層<3-4-2>粉細(xì)砂層；設(shè)計(jì)線路縱坡為2‰，平面處于直線段?？迫A南路站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為盾構(gòu)過站設(shè)計(jì)，即不提供盾構(gòu)吊出條件，車站只預(yù)留為一個滿足施工材料吊進(jìn)吊出的空洞（5m×7.5m）。盾構(gòu)在到達(dá)車站的前端右線里程YDK19+894.638～YDK19+888.634及左線ZDK19+891.490～ZDK19+885.486范圍內(nèi)下穿DN2.2m污水管，污水管成南北走向，與盾構(gòu)隧道相交。污水管為2m一節(jié)承插式混凝土預(yù)制管，采用頂管施工成型，埋深約6m，管底距離隧道頂部凈距右2.543m、左2.823m。該DN2.2m污水管是成都市的主排污水管道，且排水末端——污水處理廠距離此處約1km。通過對處于隧道上方的污水檢查井內(nèi)水位進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)高峰期時間段為11∶00～次日02∶00，水深為3～5m；低峰期時間段為02∶00～11∶00，水深為1.8～2.8m。另外，在該車站底部開挖土方過程中，在端頭部位發(fā)生涌水涌砂。具體位置關(guān)系如圖1所示：

圖1 盾構(gòu)下穿污水管位置關(guān)系圖

其他方面：科華南路站西端頭周邊建筑物主要為和平小區(qū)四期（10號樓），房屋基礎(chǔ)為預(yù)制樁基，結(jié)構(gòu)型式為6層磚混結(jié)構(gòu)，隧道距小區(qū)基礎(chǔ)凈距8m；目前該段市政道路為斷頭路，無車輛通行；盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)無其他管線。

2 研究的重難點(diǎn)

由于DN2.2m污水管為科華南路站施工而新遷改至該站西端頭的新管道，成都市65%污水經(jīng)此管流入新建污水處理廠，每小時流量約30000m3。該管道采用頂管法施工而成，每節(jié)長度為2m，接口采用滑動式橡膠圈密封止水，管底埋深約8.6m；在右線中心線上方為一檢查井，檢查井底距離隧頂凈距為1.66m；污水管距離科華南路站西端頭約7～10m。盾構(gòu)區(qū)間左、右線均下穿DN2.2m污水管。隧道洞身位于密實(shí)砂卵石中，隧底以下為中密粉細(xì)砂層，同時由于管線管徑大、常年滿水且?guī)в幸欢ㄋ畨海嗨淼蓝错斴^近，加之處于盾構(gòu)到達(dá)端，掘進(jìn)速度過慢或停止掘進(jìn)而反復(fù)擾動土層容易引起掌子面和隧道上方土體失穩(wěn)，導(dǎo)致地表沉降、開裂，引起污水管結(jié)構(gòu)受損、滲漏水，甚至造成污水管破裂，釀成災(zāi)害，社會不良影響大。和平小區(qū)四期10號樓距離隧道邊10m，且在科華南路站施工期間進(jìn)行了加固處理，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，本次盾構(gòu)通過時對其的影響基本為零。其他如交通問題等方面更加不構(gòu)成影響。

綜合對比分析，盾構(gòu)到達(dá)及穿越DN2.2m污水管安全風(fēng)險(xiǎn)極高，采取什么方案和技術(shù)措施保證盾構(gòu)安全穿越并到達(dá)是本項(xiàng)研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

3 方案比選

表1 方案對比表

由于盾構(gòu)下穿DN2.2m污水管工程的復(fù)雜性、危險(xiǎn)性、艱巨性，經(jīng)過專家咨詢，擬定采取抽排加固法、鋼套筒接收法、水中接收法、托梁加固法這四種方法。究竟采取哪種施工方法，需要對各類施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，擇優(yōu)選擇。

根據(jù)實(shí)施條件，綜合考慮環(huán)保和安全，本著地鐵建設(shè)是為民造福理念，對以上方案進(jìn)行對比，選擇托梁加固法，達(dá)到環(huán)保、安全掘進(jìn)。

4 施工方案

施工方案總體必須綜合考慮該盾構(gòu)到達(dá)接收端范圍內(nèi)污水管段區(qū)間隧道埋深、地質(zhì)情況以及與管線的空間關(guān)系，制定盾構(gòu)通過該段時施工的指導(dǎo)思想為“安全、連續(xù)、快速均衡通過管線”，并確立“建合理土壓、快速掘進(jìn)、注漿充分、嚴(yán)密監(jiān)測、快速反饋、預(yù)案恰當(dāng)”的施工原則。

4.1 地層預(yù)注漿加固

由于污水管頂管施工過程中易對原地層產(chǎn)生擾動，同時接收端頭隧道底部存在中密粉細(xì)砂層，盾構(gòu)容易出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象，故必須對管道兩邊及接收端頭盾構(gòu)隧道影響范圍內(nèi)采取地面預(yù)注漿加固及跟蹤注漿加固措施。提前15天采用單液水泥漿，Φ50mm袖閥管注漿加固，注漿完畢后清洗部分袖閥管預(yù)留做二次跟蹤注漿用。

4.2 污水管托梁保護(hù)

對污水管兩側(cè)采用鋼筋混凝土縱梁包裹，包裹的范圍為管線中心線下45°以上范圍。污水管管節(jié)采用鋼絲繩Φ28mm按2m/道圍箍，外包縱梁采用截面尺寸為6.6m×4.4m×2.5m（長×寬×高）的鋼筋混凝土梁，且縱梁需伸入檢查井內(nèi)，形成從管道到檢查井的一個整體，縱梁通過橫梁支撐在直徑1.2m的支撐樁上。托梁成型后形成對污水管的整體加固，提高了管道整體剛度和抵御變形能力。如圖2所示，將污水管范圍的土體挖除，然后施做污水管托梁。

圖2 污水管托梁施工圖

4.3 洞門加固

由于右線污水管中心距離洞門長度為10m，為保證盾構(gòu)下穿DN2.2m污水管時減少對管道的擾動，接收端頭施作21根管棚，加固范圍為洞門上方120°，管棚為Φ127×6×20000mm的無縫鋼管，外插角為2°，中心間距為35cm；管內(nèi)注入水泥單液漿，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，以達(dá)到較理想的擴(kuò)散半徑，確保掌子面以上形成完整的加固保護(hù)。

4.4 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)

4.4.1 端頭降水。為確保盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收時處于無水或少水狀態(tài)下安全到達(dá)，需利用科華南路站西端頭原3口降水井，在盾構(gòu)接收前將水位降至底板水位線以下0.5m，以防止接收時發(fā)生涌水、涌砂等情況。

4.4.2 渣土改良。根據(jù)線路管片排環(huán)圖，盾構(gòu)將在646、647環(huán)下穿Φ2200mm污水管，為保證盾構(gòu)順利通過污水管，盾構(gòu)掘進(jìn)至640環(huán)時采用以膨潤土為主、泡沫為輔的改良方法。膨潤土泥漿配合比為水∶鈉基膨潤土=100kg∶30kg，膨化時間不小于4h。通過膨潤土加泡沫輔助渣土改良，保證渣土的改良效果，增加渣土的流塑性和自穩(wěn)性，減小刀盤扭矩，保證刀盤周邊土體的自穩(wěn)性。

4.4.3 出渣量控制。盾構(gòu)下穿污水管段掘進(jìn)嚴(yán)格控制出土量，加強(qiáng)出土量管理措施，嚴(yán)禁多出土，出土量控制必須以碴土體積控制為主、重量復(fù)核為輔，保證控制地層損失率達(dá)到最小。環(huán)寬1.5m的每環(huán)出土量控制為55±2m?，同時每車出土量（15m?）須與相應(yīng)的推進(jìn)距離（0.41m）及時對比復(fù)核。

4.4.4 姿態(tài)控制。盾構(gòu)到達(dá)前100m進(jìn)行地面控制網(wǎng)（平面、高程）復(fù)測、聯(lián)系測量、地下控制網(wǎng)復(fù)測、管片姿態(tài)測量、吊籃復(fù)測、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)復(fù)測、接收洞門及底板復(fù)測。對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及時進(jìn)行調(diào)整，保證盾構(gòu)機(jī)正常出洞，盾構(gòu)機(jī)在距貫通前30m內(nèi)，應(yīng)再次對盾構(gòu)軸線姿態(tài)進(jìn)行復(fù)測，確保盾構(gòu)以設(shè)計(jì)姿態(tài)下穿污水管；盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，推進(jìn)速度要保持相對的平衡。嚴(yán)格控制好推進(jìn)里程，將施工測量結(jié)果及時與計(jì)算的三維坐標(biāo)相校核，及時調(diào)整。對推進(jìn)過程中出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時糾正，應(yīng)盡量避免盾構(gòu)機(jī)走“蛇”形，堅(jiān)持“勤糾少糾”的原則，每環(huán)糾偏量不超過5mm，以減少對地層的擾動，并為管片拼裝創(chuàng)造良好的條件。

4.4.5 洞內(nèi)注漿。盾構(gòu)下穿污水管段掘進(jìn)，同步注漿材料適當(dāng)增加速凝劑，減少凝結(jié)時間，初凝時間控制在4h左右。過污水管段注漿量應(yīng)適當(dāng)增大，采用注漿壓力和注漿量雙控，每環(huán)注漿量可調(diào)至8m?左右。二次注漿通過吊裝孔進(jìn)行，選用水泥-水玻璃雙液漿，配合比為1∶1，在管片脫出盾尾2～4環(huán)后進(jìn)行，注漿壓力為0.2～0.4MPa。通過污水管段二次注漿采用全環(huán)封閉注漿，全環(huán)封閉的范圍為630～652環(huán)，共22環(huán)。

4.4.6 掘進(jìn)參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)該段時應(yīng)按覆土厚度及長度分三段設(shè)置參數(shù)，包括盾構(gòu)到達(dá)污水管放坡開挖面前、開挖面、切削圍護(hù)樁三段，分別設(shè)置刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩、推力、掘進(jìn)速度、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速等，根據(jù)不同地段采取相應(yīng)的參數(shù)。

4.4.7 洞門封堵。洞門混凝土鑿除后，盡快推進(jìn)盾構(gòu)和拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)接收時間及時清渣封閉洞門。

4.5 其他安全措施

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，必須實(shí)行信息化施工，其中最典型的就是監(jiān)控量測。監(jiān)控量測包括對周邊建筑物、污水管、地表等的沉降、位移、傾斜等進(jìn)行監(jiān)測，且頻率按照每2小時一次（分別由施工監(jiān)測和第三方監(jiān)測各間隔4小時一次）。同時，盾構(gòu)隧道施工過程中指派專人24小時對污水管進(jìn)行巡視，施工單位必須配備必要的安全管理人員。另外對掘進(jìn)過程中的渣土、管片拼裝以及掘進(jìn)參數(shù)、盾構(gòu)姿態(tài)等實(shí)時視頻或數(shù)據(jù)監(jiān)控，將各類數(shù)據(jù)、視頻傳輸至地面中控室，通過中控室技術(shù)人員分析、及時調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，切實(shí)做到在掘進(jìn)中根據(jù)信息化施工，使盾構(gòu)掘進(jìn)安全穩(wěn)步推進(jìn)。

5 結(jié)語

通過采取對盾構(gòu)到達(dá)科華南路站接收端的加固，尤其是對DN2.2m污水管的保護(hù)性加固，增加污水管抵抗變形能力，制定盾構(gòu)分段掘進(jìn)參數(shù)，落實(shí)信息化施工，最終實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)的安全到達(dá)，污水管最大沉降5.3mm，無污水滲漏和其他建筑物變形預(yù)警情況發(fā)生，技術(shù)措施可靠，方法得當(dāng)，為以后地鐵施工提供了相應(yīng)的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

作者簡介：張軍（1975-），男，四川邛崍人，中鐵八局集團(tuán)橋梁工程有限責(zé)任公司工程師，研究方向：地下鐵道工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）