地鐵盾構(gòu)穿越人工湖的關(guān)鍵技術(shù)研究

吳傳意 杜書光

(中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 100089)

1 工程概況

成都地鐵18號(hào)線一二期為成都新機(jī)場線，線路起于火車南站，經(jīng)高新、華陽、天府新區(qū)后穿越龍泉山至天府國際新機(jī)場。線路全長約66.7 km。地鐵穿越人工湖段為海昌路站—福州路站盾構(gòu)區(qū)間，區(qū)間左線ZCK29+181～ZCK29+835(湖面影響長度654 m)、右線YCK 29+162～YCK29+838(湖面影響長度676 m)下穿天府公園人工湖的施工范圍。

2 地質(zhì)條件

隧道主要穿越地層為：中風(fēng)化泥巖，中風(fēng)化砂巖。據(jù)調(diào)查人工湖最大水深約6 m，湖底與隧道頂部最近距離約為5.4 m，湖底與隧頂?shù)拙嚯x小于7.5 m(一倍洞徑)有161.4 m，大于7.5 m(一倍洞徑)為515.1 m，穿越風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 施工技術(shù)

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

盾構(gòu)穿越人工湖前必須做好思想、組織、技術(shù)、機(jī)械、物資等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，才能確保盾構(gòu)安全、順利通過天府公園人工湖。

1)思想及組織準(zhǔn)備。組織一次全體員工思想動(dòng)員大會(huì)，讓所有參建員工提高對(duì)施工難度及重要性的認(rèn)識(shí)。并成立專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組，24 h不間斷值班，出現(xiàn)問題及時(shí)處理解決。

2)技術(shù)準(zhǔn)備。對(duì)穿越段天府公園人工湖進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，針對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析、評(píng)價(jià)并制定相應(yīng)有針對(duì)性的措施。在盾構(gòu)到達(dá)前做好措施。在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前，提前做一次控制測量和聯(lián)系測量及人工盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，并由三方進(jìn)行復(fù)核，確保盾構(gòu)姿態(tài)的準(zhǔn)確性。通過在到達(dá)前50 m設(shè)置試驗(yàn)段，認(rèn)真總結(jié)以往掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析、優(yōu)化，以最佳、最合理的參數(shù)掘進(jìn)通過此段，嚴(yán)格控制超挖量。盾構(gòu)通過后對(duì)天府公園人工湖進(jìn)行跟蹤巡視，并及時(shí)反饋，視反饋情況及對(duì)地層進(jìn)行補(bǔ)充注漿。盾構(gòu)通過天府公園人工湖以前，再次對(duì)所有技術(shù)人員進(jìn)行一次全面的技術(shù)培訓(xùn)和交底。

3)物資及設(shè)備準(zhǔn)備。穿越人工湖前，提前開倉換刀，根據(jù)地質(zhì)條件，選用耐磨刀具，穿越人工湖段不更換刀具。同時(shí)對(duì)盾尾刷進(jìn)行更換，保證盾尾密封效果，有效降低穿越風(fēng)險(xiǎn)。為了確保24 h連續(xù)推進(jìn)，在穿越前對(duì)盾構(gòu)機(jī)及龍門吊、電瓶車等后配套進(jìn)行全面徹底的檢修，并備足各種機(jī)械設(shè)備易耗件，維保人員24 h值班。提前準(zhǔn)備好穿越所需要的各種物資(管片、螺栓、止水條、油脂等)。

3.2 穿越期間專項(xiàng)施工措施

3.2.1 盾構(gòu)推進(jìn)控制

1)為保證盾構(gòu)到達(dá)人工湖前后方注漿效果及裂隙水阻斷情況，盾構(gòu)在到達(dá)人工湖前100 m開始進(jìn)入試掘進(jìn)，試掘進(jìn)段保壓推進(jìn)土倉壓力不低于0.8 bar，每間隔5環(huán)連續(xù)2環(huán)～3環(huán)施作封水環(huán)。2)穿越人工湖期間，在保證盾構(gòu)姿態(tài)可控的前提下，鉸接油缸盡量收縮，控制好鉸接油缸行程及行程差，鉸接行程控制在95 mm以內(nèi)，鉸接油缸行程差控制在50 mm以內(nèi)，避免V字型掘進(jìn)，保證盾尾鉸接密封完好。3)穿越人工湖過程中，應(yīng)加強(qiáng)工序銜接，保證連續(xù)掘進(jìn)。交接班需在洞內(nèi)進(jìn)行，減少交接班時(shí)間影響盾構(gòu)掘進(jìn)。4)在盾構(gòu)施工中要根據(jù)不同土質(zhì)和覆土厚度、湖面水深，配合地層分布數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整平衡壓力值的設(shè)定，同時(shí)根據(jù)推進(jìn)速度、出土量、注漿壓力，及時(shí)調(diào)整注漿量，從而將軸線和地層變形控制在允許的范圍內(nèi)。5)嚴(yán)格控制好推進(jìn)里程，對(duì)初始出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時(shí)糾正，應(yīng)盡量避免盾構(gòu)機(jī)走“蛇”形，控制每次糾偏的量，采取“勤糾少糾”的原則。6)在泥巖砂巖地層中掘進(jìn)，過程中要隨時(shí)根據(jù)渣土效果調(diào)整泡沫比例，保證渣土流塑性，避免土倉結(jié)泥餅。

3.2.2 管片拼裝控制

盾構(gòu)施工的區(qū)間隧道，特別穿越天府公園人工湖地段，管片襯砌是隧道防水的重要環(huán)節(jié)。管片拼裝質(zhì)量上影響盾尾漏漿的主要原因是管片錯(cuò)臺(tái)和形成喇叭口。管片錯(cuò)臺(tái)以后，盾尾刷與管片之間形成的不再是一個(gè)完整的圓，在注漿壓力高的情況下出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的地方就由于高壓而被擊穿導(dǎo)致漏漿。管片一旦形成喇叭口，在掘進(jìn)時(shí)，管片就會(huì)刮傷盾尾刷，使盾尾刷失效，導(dǎo)致漏漿。在拼裝作業(yè)中，嚴(yán)格把控管片拼裝質(zhì)量。

3.2.3 盾尾密封控制

為防止盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，地下水及同步注漿漿液從盾尾竄入隧道，須在盾尾鋼絲刷位置注盾尾油脂，以達(dá)到盾構(gòu)的密封功能。

1)保持好盾構(gòu)姿態(tài)，控制好盾尾間隙；2)采用較好耐磨性能的材料制作盾尾鋼刷，提高盾尾鋼刷的耐磨性；3)采用優(yōu)質(zhì)的盾尾油脂，保證較好的盾尾密封性能；4)準(zhǔn)備聚氨脂備用。

3.2.4 防噴涌措施

提高泡沫注入率，加強(qiáng)渣土改良效果，也能有效的防止噴涌。根據(jù)以往區(qū)間的施工經(jīng)驗(yàn)，泡沫濃度設(shè)置為2%～5%，發(fā)泡率設(shè)置為5～10，泡沫注入率30%～50%。泡沫采用優(yōu)質(zhì)的泡沫。

3.2.5 防結(jié)泥餅措施

有針對(duì)性的向土倉和刀盤面板適量注高質(zhì)量的泡沫或膨潤土或其中的兩種混合液等，以改善土體的“和易性”“塑性”。地層相對(duì)自穩(wěn)時(shí)，設(shè)定的出土壓力不宜超過主動(dòng)土壓，并且最好控制在0.1 MPa以下，即考慮采用欠土壓平衡模式掘進(jìn)。掘進(jìn)中密切關(guān)注出土量變化，發(fā)現(xiàn)出渣量異常時(shí)，要及時(shí)各方檢查是否結(jié)泥餅狀態(tài)。控制好盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及同步注漿量，同時(shí)在洞內(nèi)嚴(yán)格進(jìn)行二次補(bǔ)漿。

3.2.6 掘進(jìn)通過后補(bǔ)充注漿加固

在采取以上各項(xiàng)措施的同時(shí)，為盡量降低施工風(fēng)險(xiǎn)，將在洞內(nèi)補(bǔ)充注漿作為盾構(gòu)下穿天府公園人工湖的補(bǔ)充措施。

盾構(gòu)機(jī)通過天府公園人工湖后，由于對(duì)地層擾動(dòng)及少量超挖，當(dāng)洞內(nèi)同步注漿未及時(shí)對(duì)孔洞進(jìn)行填充時(shí)，空洞會(huì)向地表發(fā)展，地層易發(fā)生沉降變形，會(huì)引起地面沉降。洞內(nèi)補(bǔ)充注漿的作用是及時(shí)填充和固結(jié)空隙，有效地控制天府公園人工湖和地面下沉。補(bǔ)充注漿根據(jù)使用漿液選用單液注漿機(jī)進(jìn)行注漿。

補(bǔ)充注漿采用二次注漿機(jī)對(duì)管片四周進(jìn)行注漿加固。每孔注入0.5 m3左右(具體根據(jù)實(shí)際情況注入)，注漿壓力為0.2 MPa～0.4 MPa；漿液采用P42.5水泥，單液漿液配比：水泥∶水=1∶1；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，施工中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：1)注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行盡量避免中斷；2)在注漿過程中應(yīng)注意控制注漿壓力。

3.3 穿越過程中的施工監(jiān)測

穿越天府公園人工湖，地面無法布置監(jiān)測點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)下穿天府公園人工湖隧道期間，安排專人每天在天府公園人工湖區(qū)域內(nèi)隧道上方區(qū)域劃船巡視二次，白天、晚上各一次,每12 h測一次，將巡視結(jié)果及時(shí)上報(bào)監(jiān)理和分管領(lǐng)導(dǎo)。若發(fā)生異常情況，立即通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，并立即停止掘進(jìn)，確定方案后再進(jìn)行掘進(jìn)。

4 結(jié)語

總結(jié)盾構(gòu)穿越人工湖，應(yīng)堅(jiān)持“壓力合理、均衡掘進(jìn)、注漿充分、嚴(yán)密監(jiān)測、快速反饋、預(yù)案恰當(dāng)”的原則。采用了上述措施后，盾構(gòu)機(jī)勻速、安全的穿越了人工湖，未發(fā)生事故。

隨著城市軌道交通遠(yuǎn)期規(guī)劃的實(shí)施，穿越江河湖的工程將越來越多，本文介紹的盾構(gòu)機(jī)穿越人工湖的技術(shù)措施，以期為類似工程提供參考及依據(jù)。