泡沫混凝土在盾構(gòu)進(jìn)洞過(guò)程中的應(yīng)用

蔣 明（上海隧道工程有限公司，上海 200127)

盾構(gòu)進(jìn)洞在盾構(gòu)法隧道施工過(guò)程中，是主要的風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，尤其是在含承壓水地層中進(jìn)洞，如果處置不當(dāng)，將會(huì)出現(xiàn)承壓水滲漏，嚴(yán)重的導(dǎo)致地下泥砂被滲漏水帶出，更嚴(yán)重的將會(huì)出現(xiàn)地面沉降、塌方。針對(duì)這一工程施工節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)，目前已經(jīng)采用的主要措施有以下幾種：

（1）基座上接收：常規(guī)施工方法，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是承壓水層進(jìn)洞容易產(chǎn)生漏泥、漏砂現(xiàn)象。

（2）切削纖維筋混凝土：盾構(gòu)接收洞門處地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)采用纖維鋼筋混凝土澆筑施工，這一工藝對(duì)于洞門地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)機(jī)的性能參數(shù)有一定要求。

（3）鋼套筒抗風(fēng)險(xiǎn)裝置：采用大直徑鋼套筒，分段吊裝下井，采用螺栓連接組裝而成。主要適用于承壓水、大埋深、砂性土及周邊環(huán)境保護(hù)要求高的高風(fēng)險(xiǎn)工況。

針對(duì)本工程的實(shí)際工況、風(fēng)險(xiǎn)與成本綜合考慮，最終選用混凝土箱體新型工藝實(shí)施接收施工，即在風(fēng)井內(nèi)注入泡沫混凝土的方式。

1 概述

1.1 工程概況

上海市軌道交通 17號(hào)線漕盈路站2號(hào)風(fēng)井區(qū)間隧道施工，采用 2 臺(tái)盾構(gòu)，從漕盈路站東端頭井始發(fā)，沿盈港路北側(cè)東行，側(cè)穿佳邸大橋轉(zhuǎn)入盈港路，途經(jīng)勝利路、張家塘橋、城中北路進(jìn)入 2號(hào)風(fēng)井。

1.2 風(fēng)井結(jié)構(gòu)

漕盈路站 2號(hào)風(fēng)井區(qū)間和青浦站2號(hào)風(fēng)井區(qū)間隧道，上、下行線盾構(gòu)均在 2號(hào)風(fēng)井接收，該處結(jié)構(gòu)為下三層結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)接收位于下三層。洞圈頂與下二層結(jié)構(gòu)板最小間距為 1 400 mm，洞圈底與底板最小間距為 710 mm。該端頭井上、下行線吊裝預(yù)留孔布置在風(fēng)井西側(cè)，尺寸為 11.5 m×7.5 m，東側(cè)有2處 4.0 m×5.0m出土預(yù)留孔。底板到地面深約 28.5 m，洞門采用地墻封門，地墻厚 1.2 m，內(nèi)襯0.8 m，洞圈直徑 7.1 m。2號(hào)風(fēng)井平面結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖 1。

圖1 2號(hào)風(fēng)井平面結(jié)構(gòu)示意圖

該處地表標(biāo)高約為+5.000 m，漕盈路站2號(hào)風(fēng)井區(qū)間洞門中心標(biāo)高–18.642 m，青浦站 2號(hào)風(fēng)井區(qū)間洞門中心標(biāo)高–18.638 m。

2 地質(zhì)水文狀況描述

2.1 地質(zhì)情況

上海市軌道交通17號(hào)線3標(biāo)漕盈路站2號(hào)風(fēng)井青浦站盾構(gòu)區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，2號(hào)風(fēng)井盾構(gòu)接收洞門圈直徑為 7.1 m。自上而下所涉及的土層為①1-1層填土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1 層暗綠～草黃色粉質(zhì)黏土、⑥2-1層草黃～灰黃色砂質(zhì)粉土、⑥2-2 層灰黃～草黃色砂質(zhì)粉土、⑥3-1 層灰色粉質(zhì)黏土、⑥4層暗綠～灰黃色粉質(zhì)黏土。

2.2 水文條件

擬建場(chǎng)地地下水類型主要為松散巖類孔隙水?？紫端葱纬蓵r(shí)代、成因和水理特征可劃分為潛水含水層、承壓含水層。對(duì)本工程有影響的地下水主要為承壓水。

本工程承壓水主要分布于第⑥2 層、第⑦層。根據(jù)上海地區(qū)的區(qū)域資料，第⑦層承壓水埋深一般在 3～12 m，低于潛水水位，并呈周期性變化（第⑥2 層中的承壓水，上海地區(qū)目前缺乏長(zhǎng)期的水位觀測(cè)資料）。

本次勘察期間布置了 2 組承壓水水位埋深觀測(cè)孔，分別測(cè)量第⑥2 層及第⑦層承壓水的水位埋深，測(cè)得第⑥2 層承壓水水位埋深為 1.60～2.80 m（相應(yīng)標(biāo)高約 2.26～1.08 m）；第⑦層承壓水水位埋深為 3.42～4.72 m（相應(yīng)標(biāo)高約 0.46～–0.63 m）。土層特性見(jiàn)表 1。

表1 土層特性表

3 總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)區(qū)間盾構(gòu)到達(dá)施工所存在的水文地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，如果直接采用基座接收，盾構(gòu)在出洞過(guò)程中存在漏泥漏砂的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)以往成功的施工經(jīng)驗(yàn)，可采取有鋼套接收方案，但是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)條件，采用鋼套接收施工，存在以下問(wèn)題。

（1）該裝置總重量超過(guò) 80 T，安裝比較復(fù)雜，安裝周期較長(zhǎng)，且由于封閉井施工，需在吊裝孔處完成安裝后平移至洞圈處，難度較高，周期較長(zhǎng)。

（2）在封閉井狀態(tài)下，鋼套筒楔形環(huán)與洞門圈對(duì)接施工難度較高，且鋼套筒頂與下二層板凈空較小，在此條件下完成套筒與洞圈的封閉焊接難度較高。

（3）受凈空影響，無(wú)法實(shí)施外封門施工，洞門封堵風(fēng)險(xiǎn)較大。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況條件，選用混凝土箱體新型工藝實(shí)施接收施工。混凝土箱體填充介質(zhì)采用泡沫混凝土，制作時(shí)采用外送水泥漿+現(xiàn)場(chǎng)生成泡沫+外加劑現(xiàn)場(chǎng)泵送的方式，具有流動(dòng)性高、無(wú)須振搗碾壓、可固化自立的等特點(diǎn)。泡沫混凝土一周內(nèi)強(qiáng)度可以達(dá)到 1.5 MPa 左右，適合盾構(gòu)推進(jìn)切削。

由于本次 2號(hào)風(fēng)井內(nèi) 4 臺(tái)盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)間較為接近，因此在 2號(hào)風(fēng)井下三層布設(shè) 4 個(gè)混凝土箱體，使 4 臺(tái)盾構(gòu)進(jìn)洞施工相互影響降到最低。混凝土箱體采用增設(shè)墻身方式與既有結(jié)構(gòu)連接，其中南北向的中隔墻墻身厚度為 40 cm，東西向的側(cè)墻墻身厚度為 30 cm，在盾構(gòu)機(jī)接收完成后再進(jìn)行鑿除。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，本次泡沫混凝土的回填高度為洞圈頂部向上 1.5 m。同時(shí)考慮到后續(xù)洞門封堵施工階段能夠快速封堵底部洞門，在靠近洞門內(nèi)襯處回填沙，尺寸為 9 m×0.7 m×0.7 m（長(zhǎng)×寬×高）。

4 泡沫混凝土回填及盾構(gòu)進(jìn)洞施工

4.1 泡沫混凝土回填前準(zhǔn)備工作

4.1.1 風(fēng)井內(nèi)洞門及盾構(gòu)姿態(tài)的復(fù)核測(cè)量

先對(duì)洞門位置進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，由于回填泡沫混凝土，強(qiáng)度最低可達(dá)到 1.0～1.5 MPa，可承載盾構(gòu)機(jī)。因此本次接收施工不予布置基座。

4.1.2 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)保護(hù)措施

考慮到盾構(gòu)機(jī)接收后期泡沫混凝土需清除，為減少清除難度及清除過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)外觀的破壞，在泡沫混凝土回灌前需對(duì)混凝土箱體內(nèi)主體結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行保護(hù)，具體包括箱體內(nèi)的結(jié)構(gòu)立柱及內(nèi)襯墻。另外，對(duì)鋼洞圈端面也需進(jìn)行保護(hù)，確保后期洞門封堵能順利焊接弧形鋼板。

4.2 泡沫混凝土回填

4.2.1 泡沫混凝土主要技術(shù)指標(biāo)

綜合考慮盾構(gòu)機(jī)承載及切削要求，本次所采用的泡沫混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為：3 d 指標(biāo)≥1.0 MPa，7 d 指標(biāo)≥1.2～1.3 MPa。其配合比經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定。

4.2.2 總體施工步驟

本次盾構(gòu)進(jìn)洞處風(fēng)井箱體體積約為 1 000 m3左右，回灌泡沫混凝土方量較大，澆筑深度也將近 10 m，由現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行泡沫混凝土的制作及回灌作業(yè)，為了控制泡沫混凝土的澆筑質(zhì)量，采取措施如下：

（1）采用水化熱較小的水泥進(jìn)行配制，盡量降低混凝土澆筑時(shí)的內(nèi)外溫差；

（2）控制泡沫混凝土回灌的速度并進(jìn)行分層澆筑，確保澆筑時(shí)內(nèi)部熱量的散發(fā)及泡沫混凝土澆筑的密實(shí)性，澆筑速度約為 100 m3/h 左右，當(dāng)中間隔 4～5 h，并在上層混凝土初凝前完成下層混凝土的澆筑作業(yè)；

（3）在澆筑過(guò)程中，確保水泥漿的連續(xù)供應(yīng)，不可使得澆筑工作中斷而出現(xiàn)層間裂縫。

此外，為進(jìn)一步確保盾構(gòu)安全到達(dá)，在澆筑洞圈底部、洞圈中心、洞圈上部的過(guò)程中，對(duì)這 3 個(gè)部位分別取樣制作 3組抗壓試塊，采用同等養(yǎng)護(hù)方式，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入箱體前進(jìn)行試塊強(qiáng)度檢測(cè)，為盾構(gòu)到達(dá)提供數(shù)據(jù)支持。

4.3 盾構(gòu)接收施工

4.3.1 風(fēng)井內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)施工

為了減少盾構(gòu)在進(jìn)洞掘進(jìn)過(guò)程中減少對(duì)泡沫混凝土的擾動(dòng)，避免產(chǎn)生裂縫，采取措施如下：

（1）盾構(gòu)司機(jī)在操作盾構(gòu)機(jī)過(guò)程中，盡量放慢盾構(gòu)掘進(jìn)速度，減少盾構(gòu)機(jī)各區(qū)域油壓，降低對(duì)正面泡沫混凝土的壓力，同步漿液保持 3 m3 環(huán)同步漿量，并在壓注過(guò)程中密切觀察注漿壓力變化；

（2）推進(jìn)過(guò)程中，泡沫混凝土頂面加型鋼壓重，以防掘進(jìn)過(guò)程中泡沫混凝土隆起產(chǎn)生裂縫；

（3）推進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)推進(jìn)距離嚴(yán)格控制出土量，嚴(yán)禁超挖或欠挖，盡量減少對(duì)于泡沫混凝土的擾動(dòng)；

（4）推進(jìn)過(guò)程中，2號(hào)風(fēng)井處安排人員注意觀察泡沫混凝土面變化，和井下保持通訊暢通，如有異常，及時(shí)調(diào)整推進(jìn)參數(shù)并采取相應(yīng)措施。

4.3.2 洞門封堵施工

盾構(gòu)完成進(jìn)洞后，洞圈處泡沫混凝土先行鑿除，并及時(shí)完成全部洞門封堵工作，隨后再對(duì)風(fēng)井內(nèi)的泡沫混凝土進(jìn)行清理。

由于盾構(gòu)進(jìn)洞后，洞圈處土體與泡沫混凝土之間可能存在滲漏通道，因此在封堵洞門前需先行對(duì)洞口處管片進(jìn)行壓漿施工。壓漿施工完成后，進(jìn)行洞門封堵工作，封堵時(shí)應(yīng)做到由上而下，逐段開(kāi)挖洞圈處泡沫混凝土，隨挖隨封堵，如果出現(xiàn)滲漏情況，立即停止開(kāi)挖，并采取隧道內(nèi)補(bǔ)壓漿，或壓注聚氨酯等措施來(lái)封閉滲漏通道，隨后繼續(xù)封堵工作。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）泡沫混凝土回填過(guò)程中采用分層澆筑，澆筑時(shí)確保混凝土的及時(shí)供應(yīng)，避免施工縫的產(chǎn)生。

（2）由于泡沫混凝土密度相對(duì)較低，建議在頂部加型鋼壓重。減少頂部隆起產(chǎn)生的裂縫。

（3）封洞門的過(guò)程中需要隨挖隨封，自上而下進(jìn)行封堵。

總體來(lái)說(shuō)，本次泡沫混凝土回填在盾構(gòu)進(jìn)洞過(guò)程中控制滲漏水情況較好，希望這一措施能對(duì)類似工程有借鑒意義。