淺談粉土粉砂地層盾構(gòu)穿過多排鋼筋砼圍護(hù)廢樁施工技術(shù)

陳 強(qiáng)

(中鐵二局股份有限公司城通公司，上海200336)

1 工程概況

1.1 水文地質(zhì)概況

秋濤路站～城站站區(qū)間穿越土層為:③3層砂質(zhì)粉土、③5層砂質(zhì)粉土夾粉砂、③6層粉砂夾砂質(zhì)粉土、③8層砂質(zhì)粉土夾粉砂、⑥1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦1粉質(zhì)黏土層、⑦2層粉質(zhì)黏土。區(qū)間粉土、粉砂層均呈飽和狀態(tài)，滲透性略好，屬弱透水層，為主要的潛水含水層，其力學(xué)性質(zhì)具有明顯的觸變性和流動(dòng)性，在水動(dòng)力條件作用下，易產(chǎn)生管涌、流砂及振動(dòng)液化現(xiàn)象，從而降低土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響施工安全。

1.2 廢樁簡(jiǎn)介

秋濤路站至城站站區(qū)間盾構(gòu)城站鐵路下穿越廢樁，樁包含兩種類型:一為1999年城站改造廢棄樁，二為城站最近改造新增樁(圖1)。

圖1 城站內(nèi)廢樁示意

盾構(gòu)需穿越的樁共計(jì)三排。第一排、第二排廢樁是2009年城站擴(kuò)容遺留，盾構(gòu)范圍內(nèi)廢樁樁徑1 m，采用C30素混凝土澆筑，樁長(zhǎng)20 m(隧道下2 m)，隧道全斷面穿越。

第三排樁是1999年城站擴(kuò)容遺留，為樁徑1 m的鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)20 m(隧道下1.3 m)，C40砼，最大主筋為18，每樁20根。抽芯取樣測(cè)定最大強(qiáng)度45 MPa。廢樁侵入左線4.17 m，右線0.04 m(圖2)。

圖2 第三排廢樁與隧道關(guān)系斷面圖

2 掘進(jìn)控制技術(shù)

盾構(gòu)穿越廢樁施工，最大的風(fēng)險(xiǎn)在于鐵路股道沉降的控制，做好沉降控制就是要嚴(yán)格控制施工參數(shù)。

2.1 土倉(cāng)壓力

盾構(gòu)過廢樁，上部為運(yùn)營(yíng)鐵路，土壓力不得小于外界水土壓力，在穿越過程中土壓力設(shè)定微高于計(jì)算土壓力，并嚴(yán)控出土量。盾構(gòu)穿越廢樁土倉(cāng)壓力設(shè)定為0.21 MPa。

2.2 嚴(yán)控土層損失率

開挖土層損失要控制在5‰以內(nèi)。

出土量不得超過理論出土量(每環(huán)理論出土量=(π/4)×D2×L=(3.1416/4)×6.422×1.2=38.84 m3/環(huán))，即不得超過39.03 m3。施工過程中可適當(dāng)欠挖，保證盾構(gòu)切口上方土體能有微量的隆起，抵消一部分土體的后期沉降量。

具體控制方法為:每環(huán)盾構(gòu)管片拼裝完成后，在盾構(gòu)的推進(jìn)油缸上做好標(biāo)記，推進(jìn)時(shí)隨時(shí)觀察推進(jìn)油缸的伸出量，當(dāng)盾構(gòu)油缸伸出量(即油缸伸出的長(zhǎng)度與管片拼裝完成后油缸伸出的長(zhǎng)度的差)達(dá)到1.2 m時(shí)，關(guān)閉螺旋輸送機(jī)閘門，盾構(gòu)繼續(xù)向前推進(jìn)2～3 cm，停止推進(jìn)進(jìn)行管片拼裝工作。

2.3 盾構(gòu)姿態(tài)

影響盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)(圖3)的主要因素有:

(1)盾構(gòu)機(jī)自身的因素。盾構(gòu)主機(jī)的重量分布形象的描述為“頭重腳輕”，只依賴掘進(jìn)推力與工作面的摩擦力不足以維持盾構(gòu)的姿態(tài)，因此，往往盾構(gòu)自身具有“低頭”的傾向。可以通過調(diào)節(jié)加大盾構(gòu)下部推進(jìn)力，維持盾構(gòu)的平穩(wěn)前行。

(2)地質(zhì)因素的影響。在施工過程中由于斷面內(nèi)軟硬不均，推力和扭矩變化較大，盾構(gòu)主機(jī)有著向地層較軟一側(cè)偏移的慣性。即盾構(gòu)機(jī)在磨樁時(shí)，遇到的廢棄樁第二排樁主要為偏磨，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)必須保持前后的偏差變化值控制在±10 mm以內(nèi)，防止由于盾構(gòu)機(jī)一邊受力，姿態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，尾部姿態(tài)變化過大，造成地表的沉降。

圖3 盾構(gòu)機(jī)局部受力偏轉(zhuǎn)

(3)人員的操作水平。由于操作人員的技術(shù)水平和工作責(zé)任心的不同，往往會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)方向發(fā)生較大的偏差。因此應(yīng)制定嚴(yán)格的操作規(guī)程。

(4)盾構(gòu)前體與盾尾通過鉸接油缸連接的中折轉(zhuǎn)角影響。通常要求盾尾與未脫離盾尾的管片環(huán)之間的空隙沿周邊均勻，有利于掘進(jìn)方向的控制，也有利于掘進(jìn)方向的調(diào)整。

(6)導(dǎo)向系統(tǒng)的誤差。對(duì)于控制點(diǎn)的誤差，主要是通過多級(jí)測(cè)量復(fù)核消除誤差根據(jù)上述偏差控制方法進(jìn)行施工。

2.4 推進(jìn)速度及刀盤轉(zhuǎn)速

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至廢樁前50 cm時(shí)，逐漸減慢掘進(jìn)速度至不大于10 mm/min，并邊推進(jìn)邊密切注意盾構(gòu)推力、扭矩和掘進(jìn)速度的變化情況。當(dāng)出現(xiàn)盾構(gòu)推力變化不大而掘進(jìn)速度突然減低(即盾構(gòu)刀盤開始碰樁)的情況時(shí)，迅速調(diào)節(jié)盾構(gòu)推力，使盾構(gòu)掘進(jìn)速度降低至不大于3 mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速盡量放慢，以0.5－0.8 r/min為宜，以便將廢樁盡可能磨碎以免堵塞環(huán)流系統(tǒng)排泥口或折斷樁基。

2.5 總推力及扭矩

根據(jù)刀盤轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度，總推力和扭矩依照盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)控制，但是最大推力不得大于2 500 t。若推力過大，則降低推進(jìn)速度。

2.6 同步注漿

根據(jù)前期盾構(gòu)推進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，過廢樁時(shí)每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為7.1 m3，注漿壓力控制在0.45 MPa為宜。

壓漿量和壓漿點(diǎn)視壓漿時(shí)的壓力值和地層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而定，一般情況下采用4點(diǎn)注漿的方式保證注漿壓力及均勻性。

由于本配合比采用了優(yōu)質(zhì)XS－2型鈉基膨潤(rùn)土，按照以下步驟拌制同步漿液:首先放足水量，然后將膨潤(rùn)土一次放入，攪拌30 min后，再分別加入粉煤灰和細(xì)沙充分?jǐn)嚢瑁看螖嚢钑r(shí)間不低于1 h。

為防止?jié){液在注漿系統(tǒng)內(nèi)的硬化，在每次注漿循環(huán)的結(jié)束，注入自來水用以清洗注漿管，這樣能夠阻止注漿管發(fā)生堵塞。

2.7 二次注漿

由于盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)同步注漿的漿液在填補(bǔ)建筑空隙時(shí)可能會(huì)存在一定間隙，且漿液的收縮變形也存在地面變形的隱患，因此視實(shí)際情況，對(duì)車架與盾尾間管片進(jìn)行二次注漿。漿液通過管片的注漿孔注入地層，并在施工時(shí)采取推進(jìn)和注漿聯(lián)動(dòng)的方式，注漿未達(dá)到要求，盾構(gòu)暫停推進(jìn)，以防止土體繼續(xù)變形。根據(jù)施工中的變形監(jiān)測(cè)情況，隨時(shí)調(diào)整注漿量及注漿參數(shù)，壁后二次注漿根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整，從而使地層變形量減至最小。

二次注漿配比可分為單液漿和雙液漿，單液漿配比:水泥 ∶水=1∶0.8，雙液漿配比:水泥 ∶水玻璃 ∶水=1∶0.06∶0.8。為保證二次注漿的可重復(fù)性，在第一次應(yīng)采用單液漿配比，在后續(xù)的二次注漿中可根據(jù)地面監(jiān)測(cè)和沉降控制需要多次補(bǔ)漿，在應(yīng)急情況發(fā)生時(shí)為快速達(dá)到沉降控制效果應(yīng)采用雙液漿。

(1)注漿量。二次注漿由底部向上依次壓注，每環(huán)注漿量控制在2 m3。

(2)注漿壓力。二次注漿壓力為0.3～0.5 MPa。

2.8 盾尾油脂及刀盤密封油脂加注

為防止盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，地下水及同步注漿漿液從盾尾竄入隧道及保護(hù)盾尾刷，須在盾尾鋼板刷位置壓注盾尾油脂，以達(dá)到盾構(gòu)的密封功能。在盾構(gòu)出洞前，對(duì)盾尾鋼板刷涂刷足量均勻的盾尾油脂。盾尾油脂采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口油脂，每環(huán)加注量控制在80～100 kg。

由于盾構(gòu)穿越廢樁，在此種狀況下推進(jìn)，可能使土倉(cāng)溫度升高，影響機(jī)械運(yùn)作，故在穿越廢樁推進(jìn)時(shí)，要增大刀盤密封油脂的注入量，且每環(huán)不少于45 kg，以保證機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 穿越廢樁措施

(1)通過控制螺旋輸送機(jī)出土速度和出土口的開口度，欠壓出土，在出土口形成土塞，起到良好的密封、保壓以及防噴的作用。停止推進(jìn)時(shí)關(guān)閉閘門，緊急情況下，應(yīng)立即關(guān)閉螺旋輸送機(jī)出土口閘門。

(2)應(yīng)隨時(shí)觀察螺旋輸送機(jī)出土口土體狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)出土過稀，應(yīng)加大膨潤(rùn)土注入量或立即關(guān)閉閘門，停止盾構(gòu)推進(jìn)，采取出土樣品，進(jìn)行分析，準(zhǔn)備下一步施工措施。

(3)在盾構(gòu)穿越廢樁過程中，若發(fā)現(xiàn)螺旋機(jī)被攪碎的鋼筋卡住，主要采取以下三種方式進(jìn)行處理:①正反轉(zhuǎn)螺旋機(jī)，使其松動(dòng)返回土倉(cāng)繼續(xù)攪拌與泥土混合5 min后恢復(fù)出土;②利用螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)伸縮系統(tǒng)，前后緩慢伸縮，減少螺旋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩;③若螺旋機(jī)被卡死，先將螺旋機(jī)閘門關(guān)閉，由專業(yè)人員打開螺旋機(jī)上應(yīng)急觀察孔，進(jìn)行查看，再采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過以上施工措施的綜合應(yīng)用，順利完成杭州砂性土地層盾構(gòu)過鋼筋砼廢樁施工，獲得了杭州市市政府及杭州地鐵公司的高度評(píng)價(jià)，對(duì)今后類似工程施工有一定的借鑒作用。