軟弱地層盾構(gòu)始發(fā)洞門防滲漏綜合技術(shù)應(yīng)用

王 棟

中鐵一局城軌公司，江蘇 無錫 214105

1 工程概況

1.1 工程簡介

永初路站—雨潤路站區(qū)間線路出永初路站后下穿江山大街及韓二河，然后向北轉(zhuǎn)至泰山路，沿泰山路向北，在泰山路與雨潤路交叉口沿泰山路設(shè)雨潤路站，永初路站—雨潤路站區(qū)間平面圖如圖1所示。區(qū)間隧道左線長度為1571.946m，右線長度為1569.400m，左、右線線間距為14.5～22.3m，區(qū)間設(shè)置2座聯(lián)絡(luò)通道，隧道拱頂覆土厚度為7.9～26.7m，區(qū)間采用鋼筋混凝土管片襯砌，管片外徑為6600mm，外徑為5900mm，一環(huán)寬度為1200mm。

圖1 永初路站—雨潤路站區(qū)間平面圖

區(qū)間采用中鐵裝備復(fù)合式土壓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)主機(jī)長8.6m，刀盤開挖直徑為6.885m，額定扭矩為588kN·m，最大推力為5060t，中心開口率為40%。

1.2 工程地質(zhì)

永初路站—雨潤路站區(qū)間隧道主要穿越以下地層：②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土（流塑）、②-3b3-4+d3粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與粉砂互層（粉質(zhì)黏土為軟～流塑狀，粉砂呈稍密狀態(tài)）、②-4d2粉細(xì)砂（中密）、②-4b3-4+d3粉質(zhì)黏土夾粉砂（粉質(zhì)黏土為軟～流塑狀，粉砂呈稍密狀態(tài)）。永初路站—雨潤路站區(qū)間工程地質(zhì)特征描述一覽表如表1所示。

表1 永初路站—雨潤路站區(qū)間工程地質(zhì)特征描述一覽表

2 始發(fā)端頭加固情況

始發(fā)端地基加固采用Φ850@600mm三軸攪拌樁+垂直冷凍，降水井輔助。為填充攪拌樁加固體和車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的空隙，用Φ800@450mm三重管高壓旋噴進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；為確保洞門鑿除的穩(wěn)定性，對洞門端頭地基采用垂直冷凍；為降低地下水位對盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的影響，在始發(fā)端頭設(shè)置10口降水井。

凍結(jié)采用鹽水垂直凍結(jié)法，孔位布置為雙排孔局部凍結(jié)，孔間距為0.85m，排間距為0.8m，以減小土層被凍脹后對始發(fā)端頭及地表帶來的不利影響。每個(gè)洞門布置29個(gè)凍結(jié)孔，4個(gè)測溫孔。凍結(jié)孔深度為28.4m、凍結(jié)段長度為13.2m，測溫孔深度同凍結(jié)孔深度一致，始發(fā)端端頭凍結(jié)加固平面布置圖如圖2所示。

圖2 始發(fā)端端頭凍結(jié)加固平面布置圖（單位：mm）

3 始發(fā)控制措施

由于始發(fā)井為地下三層站，盾構(gòu)埋深較深，地下水位較高，承壓水壓力高等特點(diǎn)，對此區(qū)間始發(fā)采用加強(qiáng)始發(fā)的方案，即采用延長鋼環(huán)內(nèi)焊接盾尾刷形成密封腔體，利用油脂注入系統(tǒng)抵抗水土壓力，再在盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入洞門圈后在預(yù)留的帶背覆鋼板管片焊接一道鋼板，其作用為防止前方承壓水涌入盾尾，從而出現(xiàn)涌水涌沙險(xiǎn)情。始發(fā)控制措施工序與正常始發(fā)工序有所不同，始發(fā)控制作業(yè)流程圖如圖3所示。

圖3 始發(fā)控制作業(yè)流程圖

3.1 延長鋼環(huán)的安裝

根據(jù)始發(fā)端頭井口尺寸，該區(qū)間延長鋼環(huán)長度為500mm，寬度為150mm，直徑與洞門鋼環(huán)外徑相同，為確保可靠性延長鋼環(huán)采用20mm厚的鋼板制作，同時(shí)增設(shè)12個(gè)孔徑為25mm的油脂注入孔（預(yù)留4個(gè)作為應(yīng)急堵漏用）。為確保安裝方便，根據(jù)施工需要可以分塊制作，每塊上開孔數(shù)量、尺寸及位置為洞門鋼環(huán)等同，用螺栓進(jìn)行連接，必要時(shí)在內(nèi)側(cè)將縫隙焊接，如圖4所示。

圖4 始發(fā)端洞門延長鋼環(huán)安裝

3.2 延長鋼環(huán)內(nèi)鋼絲刷的安裝

鋼絲刷根據(jù)延長鋼環(huán)長度確定，該區(qū)間選用的鋼絲刷長度為350mm，鋼絲為高強(qiáng)鋼絲，分為兩層布置。第一道鋼絲刷焊接在延長鋼環(huán)上，距離橡膠簾布250mm，防止簾布橡膠外翻時(shí)被刺破；第二道焊接在預(yù)留洞門鋼環(huán)內(nèi)，兩道鋼絲刷之間預(yù)留450mm，作為油脂注入的腔體，并在兩道鋼絲刷上涂抹滿手涂油脂，此時(shí)可形成第一道油脂腔。需要注意的是，手涂油脂必須涂抹飽滿，以撐起鋼絲刷為標(biāo)準(zhǔn)，焊縫也需飽滿平整，不得燒傷鋼絲刷，如圖5、圖6所示。

圖5 始發(fā)端洞門鋼絲刷示意圖（單位：mm）

圖6 始發(fā)端洞門鋼絲刷安裝示意圖

3.3 橡膠止水簾布及翻板的安裝

由于是延長始發(fā)，洞門橡膠簾布密封作為第一道安全門利用螺栓連接在延長環(huán)上，同時(shí)用折頁翻板進(jìn)行固定，翻板的長度根據(jù)盾構(gòu)機(jī)外徑與管片外徑的間隙進(jìn)行制作，長度盡量合適，太長翻板無法翻折，太短翻板會(huì)翻出管片，使得橡膠簾布外露，失去止水效果。在洞門圈底部用水泥填實(shí)，防止盾構(gòu)機(jī)栽頭及下方漏漿現(xiàn)象，并在折頁翻板上涂抹黃油以起到潤滑作用，防止刀盤將簾布撕裂失去止水作用。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞前將刀具及機(jī)頭外殼涂抹黃油，以免撕裂橡膠簾布和有利于盾構(gòu)機(jī)頂入，如圖7所示。

圖7 橡膠簾布翻板的工作原理

3.4 洞門油脂注入系統(tǒng)的安裝

前盾進(jìn)入洞門圈后，刀盤可以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用延長鋼環(huán)與鋼絲刷之間預(yù)留的8個(gè)油脂孔開始不間斷注入油脂，此時(shí)油脂將會(huì)填滿兩道鋼絲刷之間的腔體，以抵抗水土壓力，從而形成第一道密封，依靠壓力來防止涌水涌沙。在此期間注入的油脂會(huì)隨著盾構(gòu)機(jī)的前行會(huì)帶進(jìn)始發(fā)加固體，需要配備足夠的油脂及備用油脂泵，冬季施工時(shí)由于氣溫較低，需要對油脂進(jìn)行加熱從而增加流動(dòng)性。備用1個(gè)油脂泵，油脂使用優(yōu)質(zhì)的油脂，專人看管泵的壓力及使用情況，以便異常情況能及時(shí)反應(yīng)。始發(fā)洞門油脂注入系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 始發(fā)洞門油脂注入系統(tǒng)

3.5 洞門圈封堵鋼板的焊接

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入洞門圈后，此時(shí)橡膠簾布翻板會(huì)壓在管片上，易產(chǎn)生一定的空隙，一旦刀盤出加固體后，刀盤前方水壓會(huì)隨著盾體涌入盾尾方向，輕則漏水，重則可能會(huì)造成涌水涌砂事故，為防止事故的發(fā)生，也為后續(xù)能夠順利安全掘進(jìn)，確保刀盤出加固體后洞門的安全，在延長鋼環(huán)上焊接一道密封鋼板，鋼板每塊長500mm、厚10mm、寬350mm，利用始發(fā)時(shí)使用的帶背覆鋼板的特殊始發(fā)環(huán)進(jìn)行焊接，確保焊縫平整飽滿，每塊鋼板都與管片密貼，從而形成盾構(gòu)機(jī)全部進(jìn)入后的第二道密封，這樣做的好處在于封堵鋼板焊接完成后不會(huì)出現(xiàn)大的滲漏，且多一道安全門，如圖9所示。

圖9 始發(fā)洞門封堵鋼板

4 其他技術(shù)措施

（1）延長鋼環(huán)安裝前檢查洞門鋼環(huán)預(yù)留的螺栓孔是否堵塞，孔內(nèi)絲扣是否完整，是否與提前預(yù)留的洞門鋼環(huán)匹配；安裝前將每個(gè)孔涂抹黃油，用扳手將螺栓擰緊，為確保延長鋼環(huán)與洞門鋼環(huán)的密封性，增加牢固性，最好將兩道鋼板之間的縫隙焊接。（2）鋼絲刷焊接隨著洞門鑿除進(jìn)度進(jìn)行，從16點(diǎn)位往兩側(cè)的順序焊接，盡量確保鋼絲刷與洞門圈平整，焊縫牢固。8點(diǎn)位鋼絲刷待洞門鑿除全部完成后再進(jìn)行焊接，焊接過早將會(huì)被掉落的混凝土塊損壞，破壞鋼絲刷彈性性能。鋼絲刷內(nèi)手涂油脂必須涂抹飽滿，以整個(gè)鋼絲刷鼓起為標(biāo)準(zhǔn)。（3）橡膠簾布安裝時(shí)先在地面測量尺寸是否合適、有無破損，安裝順序從上往下，在延長鋼環(huán)與翻板之間增加一道剛性環(huán)板，確保密封性能，一圈螺栓必須二次復(fù)緊。（4）在鋼環(huán)板、橡膠簾布盾構(gòu)機(jī)刀具上涂抹黃油，以起到保護(hù)橡膠簾布的作用。（5）在盾構(gòu)機(jī)接近橡膠簾布前由專人觀察橡膠簾布是否與盾體密貼，翻板是否全部被撐起、有無外翻的現(xiàn)象，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度直到前盾進(jìn)入。（6）提前準(zhǔn)備好注漿機(jī)、引孔機(jī)、聚氨酯等設(shè)備，并提前調(diào)試設(shè)備，接好管線，以備涌水、涌沙時(shí)堵漏所用。（7）聚氨酯使用發(fā)泡好的材料，提前做試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)泡時(shí)間，調(diào)出最有配比。（8）洞門范圍內(nèi)凍結(jié)管拔除速度要快，最好不超過8h，用早強(qiáng)型細(xì)石混凝土對凍結(jié)孔進(jìn)行填充，防止凍結(jié)孔底部出現(xiàn)涌水涌沙。（9）在洞門未進(jìn)行封堵之前兩側(cè)的凍結(jié)管要進(jìn)行持續(xù)凍結(jié)，不可拔管太早，由專人負(fù)責(zé)測溫孔溫度監(jiān)測工作，盾構(gòu)進(jìn)洞速度要快，避免時(shí)間過長使洞門土體開始解凍，從而增加風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

（1）永初路站—雨潤路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)一系列防洞門滲漏措施確保了盾構(gòu)始發(fā)的安全，也進(jìn)一步驗(yàn)證了采取的措施能夠滿足施工需要，也真正起到了作用，基本實(shí)現(xiàn)了在高承壓水條件下無滲漏始發(fā)。（2）此區(qū)間軟弱地層盾構(gòu)始發(fā)綜合技術(shù)的應(yīng)用取得了一定的社會(huì)效益，后續(xù)地鐵建設(shè)單位也紛紛借鑒，也為整個(gè)項(xiàng)目在全線地鐵建設(shè)中贏得了良好的口碑。（3）當(dāng)盾尾進(jìn)入洞門圈后及時(shí)焊接一道封堵鋼板作用是非常大的，可以有效防止刀盤出加固體后涌水涌砂險(xiǎn)情的發(fā)生，至少不會(huì)出現(xiàn)大的滲漏。（4）做好應(yīng)急處置工作，備足應(yīng)急物資，提前進(jìn)行人員培訓(xùn)、人員分工，編制可操作性的盾構(gòu)始發(fā)作業(yè)指導(dǎo)書，提高全體人員風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判、突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)處置能力，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，能夠及時(shí)采取應(yīng)對措施。（5）建議在設(shè)計(jì)階段對盾構(gòu)始發(fā)端頭加固長度進(jìn)行深化，軟弱地層、高承壓水的端頭加固長度建議不小于盾構(gòu)機(jī)長度，且還需考慮管片脫出盾尾長度。