盾構(gòu)穿越破碎巖層控制管片上浮措施探討

王小軍，呂建林

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510330）

1 工程概況及地質(zhì)分析

佛山地鐵三號線東平站～灣華站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，左線長2 793.06m，右線長2 790.934m；線路出東平站后，線間距由19m逐漸變化為13m，最后線間距由13逐漸變化為18m，右線以21‰、5‰、5‰、13.621‰，左線以21‰、4.9‰、5‰、13.644‰的坡度到達(dá)灣華站，隧道埋深10.7～31m；區(qū)間共設(shè)5個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，其中中間風(fēng)井兼4#聯(lián)絡(luò)通道。本區(qū)間采用兩臺海瑞克帶雙螺旋出土系統(tǒng)的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)，開挖直徑6 280mm，管片外徑6 000mm，內(nèi)徑5 400mm。

區(qū)間盾構(gòu)主要穿越地層為＜6＞碎屑巖全風(fēng)化層、＜7-1＞強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化粉細(xì)砂巖、＜7-3＞強(qiáng)風(fēng)化粗砂巖、＜8-1＞中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、＜8-2＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜9-2＞微風(fēng)化巖地層，其中＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜8-2＞中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖占絕大部分，地層裂隙發(fā)育，基巖破碎，富含水，一旦施工過程中建筑空隙注漿未及時(shí)充填飽滿或未凝固，極易造成隧道管片上浮。本區(qū)間左線隧道處于21‰下坡，洞身為全斷面＜8-2＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，富含水，同步注漿難以填充飽滿，前期由于對地質(zhì)水文認(rèn)識不足，掘進(jìn)過程中未對管片上部空隙采取有效控制措施，導(dǎo)致在94～113環(huán)管片上浮超限，最大達(dá)到145mm。

2 控制管片上浮的措施

2.1 改良同步注漿的砂漿配合比

由于地層富含水，經(jīng)過研究認(rèn)為現(xiàn)場有必要改良砂漿配合比，加快漿液凝固時(shí)間，減少漿液流失，使刀盤切削面與管片外徑之間的建筑空間能填充更多漿液，以減少管片上浮量。

改良后的同步注砂漿配合比如表1所示。

表1 砂漿配合比表 (kg/m3)

2.2 管片孔同步注雙液漿

在穩(wěn)定性較好的破碎巖層地層中解決管片上浮問題的關(guān)鍵是要確保管片背后建筑空隙的有效填充，也是管片壁后注漿約束的有效性與管片上浮的時(shí)間競賽。由于傳統(tǒng)同步單液漿的水泥砂漿初凝時(shí)間較長，這就決定了其性能特點(diǎn)不可能有效控制管片上浮，唯有雙液漿的速凝效果方可徹底解決管片上浮問題[1-3]。

由于海瑞克土壓平衡盾構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)通過盾尾同步注漿孔注雙液漿，所以只能通過打穿管片吊裝孔來實(shí)現(xiàn)注雙液漿。為了兼顧掘進(jìn)效率，可采用一邊掘進(jìn)一邊通過管片孔注雙液漿，即管片同步注雙液漿。純水泥雙液漿由水泥漿和水玻璃原液分別由同步注漿管路和水玻璃管路在管片吊裝孔處通過注漿頭混合注入管片壁后。純水泥雙液漿中水泥漿∶水玻璃＝6∶1，雙液漿初凝時(shí)間14s，水泥漿配合比如表2。

表2 水泥漿配合比表 (kg/m3)

雙液漿的初凝時(shí)間需通過注漿混合頭做大樣試驗(yàn)取得，一般取10～14s為佳，可通過調(diào)整同步注漿泵泵速和水玻璃泵速來達(dá)到控制漿液初凝時(shí)間的目的。

管片同步注雙液漿是在盾尾-3環(huán)上部（3、9點(diǎn)以上）打穿兩個(gè)吊裝孔，邊掘進(jìn)邊注雙液漿，注漿壓力控制在0.4MPa以內(nèi)，每個(gè)孔注入雙液漿1.5～2.0m3，每隔4環(huán)取1環(huán)在上部注兩個(gè)孔。這種方法一方面減小了管片懸臂距離，另一方面有效填充了管片壁后建筑空間，在封堵后部來水的同時(shí)減少了同步砂漿前竄幾率，達(dá)到防止管片上浮和穩(wěn)定管片的目的。

管片同步注雙液漿除了采用純水泥雙液漿，也可以用水泥砂漿雙液漿，但需注意水泥砂漿雙液漿對砂的要求較高，使用前需用過篩的方式清除普通砂中粗顆粒得到精細(xì)砂，如此便可減小砂漿堵管的幾率。水泥砂漿可以采用同步注漿的砂漿配合比，雙液漿中水泥砂漿∶水玻璃=10∶1，初凝時(shí)間約13s。根據(jù)實(shí)踐，管片同步注水泥砂漿雙液漿若要取得較好的控制管片上浮效果，需每隔1到2環(huán)在盾尾-3環(huán)上部注1到2個(gè)孔。

通過采用管片同步注雙液漿，管片脫出盾尾后上浮量基本控制在30mm左右，取得了較好的效果，后續(xù)管片姿態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3。

2.3 采用雙液漿施作止水環(huán)

在富水的破碎巖層中，為更有效的封堵后部來水，隔一段時(shí)間采用雙液漿施作一環(huán)止水環(huán)顯得尤為重要，例如東～灣區(qū)間采取了每隔15環(huán)施作一環(huán)止水環(huán)的方法。止水環(huán)要達(dá)到比較理想的效果，需停機(jī)施作，具體操作如下：首先在土倉建壓，可以先把土倉注滿水，使盾構(gòu)前后方水壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，這樣才能減少漿液前竄，起到更好的建環(huán)效果；然后是制漿，采用純水泥雙液漿制作止水環(huán)效果最佳，施工前同樣需做大樣試驗(yàn)，根據(jù)地層含水情況，確定雙液漿的初凝時(shí)間，一般初凝時(shí)間取10～14s；接著是注漿建環(huán)，海瑞克盾構(gòu)一般在盾尾-4環(huán)打穿管片吊裝孔注雙液漿建環(huán)，1環(huán)注4到5個(gè)孔，其中上半圓取2到3個(gè)孔，下半圓取2個(gè)孔，注漿時(shí)從下部往上注，注漿壓力控制在0.4MPa以內(nèi)；最后，止水環(huán)施作完成后盾構(gòu)需往前推進(jìn)5～10cm，防止盾體被漿液裹死。

2.4 隧道二次補(bǔ)漿

通過改良同步注漿配合比、管片同步注雙液漿及施作止水環(huán)，雖然已基本控制住管片上浮，但由于巖層中含水較豐富，管片壁后建筑空間上部仍然存在空隙，特別是在下坡隧道尤為明顯，所以有必要對隧道進(jìn)行二次補(bǔ)漿將管片壁后建筑空間填充密實(shí)。隧道二次補(bǔ)漿可以在設(shè)備修理等較長停機(jī)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。二次補(bǔ)漿可采用柱塞式注漿泵補(bǔ)注純水泥漿，因注漿泵須放在電瓶車管片平板上，施作前需配管及接頭，使注漿泵注漿管可以順利通過安裝在管片吊裝孔上的注漿頭進(jìn)行注漿，吸漿管則接在電瓶車砂漿斗上，這樣可利用地面砂漿站拌漿節(jié)省時(shí)間及人工，提高效率。二次補(bǔ)漿采用隧道低點(diǎn)往高點(diǎn)的順序補(bǔ)注效果更佳，更能將管片壁后建筑空隙填充密實(shí)。補(bǔ)漿時(shí)，在管片上部1點(diǎn)或11點(diǎn)開孔，每隔6～8環(huán)開一個(gè)孔，每注一個(gè)孔，可以用相鄰孔作為泄水孔和觀察孔，采用注漿壓力值及觀察孔溢漿雙控，即觀察孔流出水泥漿，同時(shí)注漿壓力達(dá)到0.4MPa，則認(rèn)為該孔注滿，若觀察孔流出水泥漿，但注漿壓力仍較低，則關(guān)閉觀察孔繼續(xù)注漿以達(dá)到壓力控制值[2]。

表3 采用管片同步注雙液漿后管片姿態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.5 控制盾構(gòu)垂直姿態(tài)及加密管片姿態(tài)測量

為防止管片因上浮導(dǎo)致管片垂直姿態(tài)超限的情況，本區(qū)間將盾構(gòu)垂直姿態(tài)控制在-50mm左右，以此來抵消后續(xù)掘進(jìn)管片上浮值，使隧道軸線更接近設(shè)計(jì)軸線。同時(shí)加密隧道管片姿態(tài)人工測量，做到一天一測，以此來監(jiān)測管片上浮情況、驗(yàn)證管片上浮控制措施的效果，以便及時(shí)調(diào)整[3]。

3 結(jié) 語

盾構(gòu)穿越破碎巖層，甚至在成孔隧道中掘進(jìn)，管片上浮是必須要面臨的一個(gè)問題。管片上浮主要是隧道管片壁后存在環(huán)形建筑空間，且該空間未及時(shí)有效填充密實(shí)造成的。面對具體工程，針對不同的地層，只有在實(shí)踐中探索、總結(jié)，才能制定出切合實(shí)際的管片上浮控制措施。本文以實(shí)際工程為對象，結(jié)合改良同步砂漿配合比、管片同步注雙液漿、施作止水環(huán)及隧道二次補(bǔ)漿等措施，介紹了一種控制盾構(gòu)管片上浮的方法，為后續(xù)相似工程提供參考。