盾構(gòu)上跨既有線(xiàn)路砂層掘進(jìn)技術(shù)研究

張 浩

中建八局軌道交通建設(shè)有限公司

盾構(gòu)上跨既有線(xiàn)路砂層掘進(jìn)技術(shù)研究

張 浩

中建八局軌道交通建設(shè)有限公司

隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展，盾構(gòu)穿越既有運(yùn)營(yíng)地鐵技術(shù)廣泛應(yīng)用，而不良地質(zhì)穿越既有線(xiàn)路的情況也越來(lái)越多，確保既有線(xiàn)路正常運(yùn)營(yíng)以及盾構(gòu)安全順利穿越變得尤為重要。本文結(jié)合實(shí)際工程的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程中的控制措施進(jìn)行探討分析。

盾構(gòu)；既有線(xiàn)路；砂層；施工措施

1 工程概況

深圳地鐵9號(hào)線(xiàn)西延線(xiàn)科技城站～紅樹(shù)灣站區(qū)間，隧道采用Ф6280mm盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，成環(huán)隧道外徑Φ6.0m，內(nèi)徑Φ5.4m。

線(xiàn)路臨近11號(hào)線(xiàn)既有線(xiàn)，始發(fā)端頭井左側(cè)離11號(hào)線(xiàn)最小水平間距為2.31m，右側(cè)為1.57m。11號(hào)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)隧道所在的地層為礫質(zhì)粘性土層，施工的線(xiàn)路地層為〈3-5〉礫砂層。同時(shí)，附近地層所多次擾動(dòng)，地層的自穩(wěn)能力降低、軟化。

圖1 穿越地段地質(zhì)縱剖面圖

2 主要施工技術(shù)措施

(1)采用土壓平衡模式掘進(jìn)，進(jìn)行開(kāi)挖面穩(wěn)定計(jì)算，設(shè)定合理的掘進(jìn)參數(shù)，控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，控制土壓力以穩(wěn)定開(kāi)作面，控制地表沉降，將施工對(duì)地層的影響減到最小。

1)掘進(jìn)過(guò)程土倉(cāng)頂部壓力控制在1.5-1.7bar，掘進(jìn)速度控制在20-40mm/min以上，出土量不得大于47m3(考慮1.3-1.5倍的松散系數(shù)為61-71m3)，施工過(guò)程中以每掘進(jìn)30cm出一斗渣計(jì)量；

2)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)保持向上，趨勢(shì)控制在范圍±4。

3)掘進(jìn)的過(guò)程必須盡可能的快，中間盡量減少停滯時(shí)間。

4)在掘進(jìn)接近1600mm時(shí)根據(jù)土倉(cāng)頂部壓力減少或不出土，以使掘進(jìn)至1800mm時(shí)土倉(cāng)頂部壓力達(dá)到1.5bar～1.7bar范圍。

(2)注入泡沫劑

富水砂層中掘進(jìn)可適量往土倉(cāng)加入發(fā)泡劑，但必須根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格控制發(fā)泡劑配比及加入量。泡沫溶液的組成：泡沫添加劑2%，水97%。泡沫組成：90～95%壓縮空氣和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開(kāi)挖方量計(jì)算。

(3)保持連續(xù)掘進(jìn)，減少盾構(gòu)機(jī)停頓時(shí)間。

(4)適當(dāng)縮短漿液膠凝時(shí)間，保證注漿質(zhì)量。

富水砂層注砂漿極易往外擴(kuò)散，在掘進(jìn)過(guò)程需根據(jù)注漿壓力(0.2～0.3MPa，一般而言，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水、土壓力，)和地面情況及時(shí)調(diào)整注漿量(一般為建筑間隙的150%～200%，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，如地面變形較大，注漿量調(diào)整為250%)，對(duì)管片背后對(duì)稱(chēng)均勻壓注。注漿的標(biāo)準(zhǔn)是確保脫出盾尾的管片背后的空隙能填滿(mǎn)，這不僅可降低后期地面的沉降，也對(duì)管片防水起到一定有利作用。

(5)運(yùn)用導(dǎo)向系統(tǒng)和分區(qū)操控推進(jìn)油缸，控制盾構(gòu)姿態(tài)，防止盾構(gòu)抬升。

富水砂層的承重能力較低，加上盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中的震動(dòng)，姿態(tài)較易往下沉。因此在地層中盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)易保持向上，但趨勢(shì)易控制在±4。若出現(xiàn)機(jī)頭往下掉的情況，需及時(shí)通過(guò)千斤頂行程調(diào)節(jié)姿態(tài)。調(diào)節(jié)不可過(guò)急，可通過(guò)千斤頂行程及調(diào)整K塊管片拼裝位置兩者結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)；不然會(huì)使得盾尾間隙過(guò)小，造成管片錯(cuò)臺(tái)。

為保證推進(jìn)方向的準(zhǔn)確可靠，每周至少進(jìn)行兩次人工測(cè)量，以校核自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)并復(fù)核盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài)，確保盾構(gòu)掘進(jìn)方向的正確。

(6)渣土改良：在砂土和沙礫等砂質(zhì)土地層中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水豐富，土的透水系數(shù)也較高，依靠、削土的土壓力保持開(kāi)挖面上的壓力(地下水壓力和開(kāi)挖面土壓力)是很困難的。另外，通過(guò)開(kāi)挖土體來(lái)很難保證出土的流動(dòng)性，在這種砂性土的地層中，單純依靠出土閘門(mén)等機(jī)械控制很難保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定，所以在開(kāi)挖面上加壓或注入化學(xué)聚合物、泡沫劑、膨潤(rùn)土等材料，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁牧记邢飨聛?lái)的渣土性質(zhì)，保證砂土的流動(dòng)性和止水性，以求開(kāi)挖面的穩(wěn)定，防止噴涌、冒頂?shù)取?/p>

(7)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，加強(qiáng)測(cè)量和監(jiān)測(cè)的頻率，并及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，在進(jìn)入砂層100環(huán)范圍采集數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集情況適當(dāng)將軸線(xiàn)降低掘進(jìn)。，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息加強(qiáng)地面的沉降、洞內(nèi)的管片上浮、收斂等監(jiān)測(cè)，及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)掘進(jìn)參數(shù)，以保證盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全及成型隧道質(zhì)量。

3 盾構(gòu)機(jī)過(guò)砂層前的維修與保養(yǎng)

(1)盾尾密封的維護(hù)

由于砂層段富含地下水，隧道斷面上部巖層軟弱，為了確保盾尾密封的有效性，在通過(guò)砂層段使用質(zhì)量較好的盾尾密封脂，并且增大密封脂的使用數(shù)量，盾尾密封脂必須在掘進(jìn)過(guò)程中不間斷注入。

(2)其它部位的維修與保養(yǎng)

在通過(guò)砂層前要立即對(duì)盾構(gòu)機(jī)的液壓、電氣、水循環(huán)、潤(rùn)滑、注脂、注漿、泡沫等系統(tǒng)進(jìn)行檢修，重點(diǎn)內(nèi)容包括：空壓機(jī)的檢測(cè)與維修、螺旋輸送機(jī)閘門(mén)檢測(cè)與維修、注脂系統(tǒng)的檢測(cè)與維修、管片拼裝機(jī)的檢測(cè)與維修、泡沫系統(tǒng)的檢測(cè)與維修、對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。檢查泵、閥、馬達(dá)、油缸、油管路的工作狀態(tài)，對(duì)異常元件提前進(jìn)行更換。盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際上是液壓系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的參數(shù)是系統(tǒng)的工作壓力、溫度、流量以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音等。液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)都工作在設(shè)計(jì)和設(shè)定值附近。每天都要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行檢查，當(dāng)這些參數(shù)的范圍突破后，可以認(rèn)為故障已經(jīng)發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生，必須采取有效防范措施。

4 總結(jié)

科紅區(qū)間盾構(gòu)順利上跨11號(hào)線(xiàn)。11號(hào)線(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及地面沉降監(jiān)測(cè)，無(wú)異常測(cè)值，巡視未發(fā)現(xiàn)異常信息。三維激光掃描顯示，11號(hào)線(xiàn)隧道凈空未出現(xiàn)異常變化。通過(guò)精心施工，合理設(shè)定目標(biāo)土壓力值，嚴(yán)格控制出土量，做好注漿措施，加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)等措施，造就了本次盾構(gòu)成功側(cè)穿、上跨既有運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路。