富水砂層土壓平衡盾構(gòu)接收技術(shù)研究

黃 龍，寧行樂

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100123）

0 引言

近年來我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各省會城市已開啟城市地鐵建設(shè)高峰期,土壓平衡盾構(gòu)法施工技術(shù)以其地層適應(yīng)性廣、作業(yè)安全、工程造價低及對周邊環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)在地鐵區(qū)間得到大規(guī)模應(yīng)用。

盾構(gòu)接收是盾構(gòu)施工中技術(shù)難度大、工序復(fù)雜的施工階段，也是盾構(gòu)法施工中一個主要的風(fēng)險集中點(diǎn)，必須給予重視［1-4］。福州地鐵二號線桔園洲站-洪灣站區(qū)間，洪灣站盾構(gòu)接收井地質(zhì)為富水砂層，接收井地質(zhì)情況差，周邊環(huán)境復(fù)雜，一旦處理不當(dāng)，洞門易發(fā)生涌水、涌砂及地層坍塌變形等事故，如何確保盾構(gòu)順利接收，安全到達(dá)是本工程的施工重點(diǎn)。本文以福州軌道交通2號線桔園洲站-洪灣站區(qū)間隧道盾構(gòu)接收為背景，探討了富水砂層盾構(gòu)接收控制技術(shù)，并為類似工程提供有益參考。

1 工程概況

福州市地鐵2號線桔園洲站-洪灣站區(qū)間沿金祥路東西向布置，區(qū)間始發(fā)于桔園洲站東端頭井，沿金祥路向東到達(dá)洪灣站，區(qū)間隧道兩側(cè)主要為商鋪、居民小區(qū)，線路在里程YCK21+0.00處下穿洪灣河。接收位于洪灣站西端頭井，線路出桔園洲站后左右線分別以2‰上坡，之后以3.997‰、4‰上坡，最后以4.22‰下坡接入洪灣站為雙線隧道。施工采用中交天和生產(chǎn)的φ6 460 mm的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)［5］。

盾構(gòu)接收井由上而下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥夾砂中細(xì)沙互層、粗中沙（稍密）、粗中沙（中密）、淤泥砂。接收井地下水為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。盾構(gòu)機(jī)通過接收井時，覆土厚度為9.54 m，盾構(gòu)機(jī)開挖面底部埋深為16 m。

2 盾構(gòu)接收井端頭處理

2.1 盾構(gòu)接收端頭加固

洪灣站盾構(gòu)接收端：盾構(gòu)隧道穿越范圍內(nèi)地層為全斷面強(qiáng)透水的粗中砂（中密）層、下部為卵石層。根據(jù)探查的地質(zhì)條件，在洪灣站盾構(gòu)接收端頭采取如下措施。

（1）接收井采用800 mm素混凝土地下連續(xù)（深約29 m）隔水帷幕，地連墻接縫處施工3根Φ800@600三重管旋噴樁以確保接縫隔水性，旋噴樁深度與素混凝土地連墻深度一致。

（2）在接收井隔水帷幕內(nèi)采用Φ850@600三軸攪拌樁對盾構(gòu)機(jī)穿越范圍內(nèi)地層進(jìn)行預(yù)加固，加固范圍為盾構(gòu)機(jī)施工區(qū)域上、下、左、右各3m，有地墻側(cè)加固至地墻截止。

（3）車站端墻與素砼墻圍閉內(nèi)側(cè)設(shè)置一排Φ800@600三重管旋噴樁密貼地墻止水，如圖1所示。

圖1 洪灣站接收井端頭加固

接收井加固施工完成，對加固區(qū)進(jìn)行鉆心取樣，取樣深度與盾構(gòu)機(jī)開挖深度一致，以確保加固區(qū)強(qiáng)度符合要求。

2.2 端頭加固素墻處理

盾構(gòu)穿越始發(fā)端頭加固區(qū)和0+359橋加固區(qū)過程中。由于加固區(qū)強(qiáng)度較大，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)尺慢、扭矩大、渣溫高，素墻渣和膨潤土細(xì)顆粒等綜合影響導(dǎo)致刀盤面板和部分開口燒結(jié)，在刀盤前方形成泥餅。為確保盾構(gòu)順利接收，對盾構(gòu)端頭加固素墻采取打孔，如圖2所示。

圖2 素墻打孔布置

3 盾構(gòu)接收控制技術(shù)

3.1 盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整

在盾構(gòu)機(jī)開挖面距離接收井洞門約100 m時，需對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和位置進(jìn)行測量，找出施工的隧道軸線與設(shè)計隧道軸線兩者之間的關(guān)系，同時復(fù)核測量接收井洞門位置，制定盾構(gòu)機(jī)接收姿調(diào)整和糾偏計劃，糾偏計劃要做到“勤糾，多糾”，嚴(yán)格控制每次糾偏量，逐步完成盾構(gòu)機(jī)糾偏。

3.2 洞門防水簾布的安裝

洞門密封裝置安裝步驟為：在接收井洞門圈內(nèi)雜物清理干凈后，安裝洞門防水裝置。防水裝置安裝順序?yàn)椋汉煵枷鹉z板→折頁壓板→墊圈→螺母。在安裝簾布橡膠板時需將簾布橡膠板內(nèi)圈棱朝洞門外，確保盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時橡膠板平面接觸盾殼。在安裝簾布橡膠板完成后，采用Φ20鋼絲繩連接折頁壓板上的卡環(huán)。同時調(diào)整簾布橡膠板位置和在簾布橡膠板內(nèi)側(cè)涂抹黃油，避免盾構(gòu)機(jī)貫通時刀盤破壞簾布橡膠板。

3.3 洞門鑿除

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)連續(xù)墻背面時，同時素墻與管片環(huán)縫已注雙漿液并達(dá)到止水效果無滲漏水后，對接收井洞門采用人工風(fēng)鎬破除。洞門鑿除過程如下：首先地連墻鑿除外側(cè)保護(hù)層和外排鋼筋，在鑿除地連墻主體時將洞門劃分為9各區(qū)域，由上而下依次進(jìn)行，最后鑿除內(nèi)排鋼筋，如圖3所示。

3.4 最后10環(huán)管片緊固

為保證洞口10環(huán)管片的穩(wěn)定，洞口管片采用14b槽鋼縱向連接拉緊。每環(huán)6個點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭接觸地連墻開始將盾尾管片進(jìn)行拉緊，盾構(gòu)機(jī)接觸地連墻盾尾管片為350環(huán)，將后方10環(huán)拉緊，即從341環(huán)～350環(huán)拉緊，后續(xù)掘進(jìn)1環(huán)拉緊1環(huán)，以防止在管片脫出盾尾后，環(huán)與環(huán)間隙被拉大，如圖4所示。

圖3 洞門鑿除平面布置

圖4 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞管片拉緊

3.5 盾構(gòu)機(jī)穿越加固區(qū)封堵

桔園洲站-洪灣站區(qū)間盾構(gòu)施工盾構(gòu)機(jī)全長10.07 m，在施工過程中有2環(huán)包在盾構(gòu)機(jī)尾部盾殼內(nèi)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的里程和實(shí)際測量數(shù)據(jù)可以計算出：隧道管片最終拼裝環(huán)數(shù)為358環(huán)，358環(huán)距離洪灣站結(jié)構(gòu)端墻距離為150 cm；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成341環(huán)掘進(jìn)后，盾構(gòu)機(jī)刀盤抵達(dá)接收井加固素墻，嵌入深度為6 cm；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成350環(huán)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)盾尾穿越加固區(qū)素墻；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成351環(huán)掘進(jìn)時，盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)主體結(jié)構(gòu)端墻外側(cè)地連墻，嵌入深度為31 cm，如圖5所示。

圖5 341環(huán)盾構(gòu)掘進(jìn)位置

為保證盾構(gòu)機(jī)順利到達(dá)，操作上的工序銜接至關(guān)重要，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)嚴(yán)格按要點(diǎn)進(jìn)行施工。

在加固體內(nèi)掘進(jìn)：在盾構(gòu)機(jī)穿越止水帷幕進(jìn)入加固區(qū)后，調(diào)整盾構(gòu)推力和刀盤轉(zhuǎn)速，減少對掌子面土體的擾動，并以滿倉狀態(tài)掘進(jìn)，在刀盤距離洞口3環(huán)左右時，調(diào)整為前欠壓掘進(jìn)的方式，但此時必須保持滿倉。同時加強(qiáng)同步注漿，確保砂漿流失量。

同步注漿：盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)后（342～350環(huán)掘進(jìn)），同步注漿壓力0.3MPa以內(nèi)，每環(huán)注漿5.38～6.46m3；盾構(gòu)機(jī)盾尾穿越素墻，盾構(gòu)機(jī)刀盤未進(jìn)洞前（351環(huán)掘進(jìn)），為防止洞門漏漿，停止同步注漿；盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)洞（352環(huán)～358環(huán)掘進(jìn)），同步注漿壓力0.3 MPa以內(nèi)，每環(huán)注漿大于4 m3。

素墻密封止水：在盾構(gòu)掘進(jìn)至350環(huán)時，盾構(gòu)機(jī)尾部穿越素墻，在346環(huán)～348環(huán)進(jìn)行整環(huán)二次注漿（注雙液漿），封堵盾構(gòu)機(jī)穿越隔水帷幕形成的通道，阻止外來水源、砂土進(jìn)入接收井，保證接收井的封閉性。

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行351環(huán)掘進(jìn)時，停機(jī)注聚氨酯。在完成351環(huán)掘進(jìn)后，停止盾構(gòu)掘進(jìn)，利用中盾外殼的超前注漿孔壓注聚氨酯漿液，使加固區(qū)土體和盾構(gòu)機(jī)外殼之間形成一道止水環(huán)箍，確保盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞安全。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至355時，盾構(gòu)機(jī)大部分盾出接收井加固區(qū)，此時簾布橡膠板已經(jīng)包裹上盾構(gòu)機(jī)外殼，盾構(gòu)機(jī)盾尾注漿管距離洞口約1m，此時需將盾構(gòu)機(jī)在加固區(qū)掘進(jìn)形成的間隙進(jìn)行封堵，確保盾構(gòu)機(jī)全部貫穿洞口后洞口安全?？赏ㄟ^355環(huán)前的352環(huán)、353環(huán)及354環(huán)的管片吊裝孔注入雙液漿，在洞口處的管片周圍形成一道密封的漿液環(huán)箍，保證接收井加固區(qū)的整體性和封閉性，防止水和砂土通過管片與土體的空隙流出洞口，確保盾構(gòu)機(jī)安全脫離接收井。

完成剩余盾構(gòu)掘進(jìn)及管片拼裝，直至盾構(gòu)機(jī)完全脫離接收井，此時需進(jìn)行洞口注漿，完成管片與土體的間隙。封堵措施為利用在車站主體結(jié)構(gòu)施工預(yù)埋洞門鋼環(huán)的注漿孔壓注雙液漿，將洞門處的358環(huán)與車站結(jié)構(gòu)形成一個整體，注漿過程中要遵循先下部、后上部的注漿原則，使?jié){液逐漸從下往上逐步擴(kuò)展，避免注漿死角，在下部注漿凝固收縮后再進(jìn)行洞頂處的漿液壓注，從而保證整體密封性。

4 結(jié)語

在富水砂層地質(zhì)中采用土壓平衡盾構(gòu)法施工時，應(yīng)充分考慮各種風(fēng)險，采取針對性的設(shè)計方案以及在實(shí)際施工操作中提高重視程度，才能確保盾構(gòu)機(jī)安全到達(dá)。本文依托桔園洲站-洪灣站區(qū)間盾構(gòu)接收施工，主要得到以下結(jié)論。

盾構(gòu)接收井的加固方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場盾構(gòu)機(jī)類型、地質(zhì)條件和周邊施工環(huán)境合理的選擇加固措施。

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收區(qū)域內(nèi)，應(yīng)對盾構(gòu)法施工技術(shù)中的每一個環(huán)節(jié)加強(qiáng)全面而又細(xì)致的控制，以確保各種處理措施達(dá)到預(yù)期效果。

盾構(gòu)機(jī)穿越接收井加固區(qū)時，嚴(yán)格按照施工要點(diǎn)對素墻、進(jìn)洞洞門進(jìn)行封堵和注漿。