黏土地層盾構始發洞門安全破除技術

吳發展，黎 忠

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201)

盾構隧道屬地下工程，為保證盾構施工的安全順利，須建始發井，始發井端頭地層自穩能力差時，須對端頭土體加固，盾構始發前鑿除洞門圍護結構的混凝土。盾構始發技術用于盾構法建造的隧道工程。盾構始發技術難度大，是盾構隧道工程的主要風險點，對后續工序有重要影響。始發技術包括洞口端頭加固、洞門混凝土鑿除、盾構始發基座的設計加工和定位安裝以及反力架的設計加工、洞門環的安設、盾構組裝等，直到始發推進，始發洞門端頭加固和洞門破除是盾構始發的關鍵因素，關系到施工安全，應根據始發端地質情況和工程的實施條件，本著降低施工風險的原則，制定可靠的技術措施。

目前，諸多學者對此進行了研究，游永鋒等[1]為解決超大直徑盾構隧道超淺覆土始發，結合始發端地質和端頭加固情況，將始發端洞門分層分塊破除，降低施工風險。為保證盾構機在中等膨脹性下蜀黏土層安全順利始發，孔玉清[2]對始發井端頭采用Ф1 000 mm旋噴進行地基加固，洞門圈內連續墻分3次進行鑿除。張巍[3]為保持盾構在軟土地層始發期間的土體穩定性，采取端頭凍結法加固土體。曹穎[4]采用三重管高壓旋噴樁和人工凍結組合工法，可有效確保盾構始發段在粉質黏土為主的地層中破除圍護結構時的安全性。劉俊杰等[5]考慮洞門破除及盾構動態掘進的影響，分析盾構始發合理的端頭加固范圍，有效降低了加固費用。

筆者結合現有的盾構始發技術，以某軌道交通4號線工程為例，探討一種在黏土地層盾構始發洞門范圍圍護結構背后施作素混凝土地下連續墻加固以保證始發洞門安全破除的技術方法。

1 工程概況

某軌道交通4號線賽馬場西站—賽馬場南站區間全長1 147.182 m，洞門埋深18.5 m，洞門范圍內地質情況有：〈6-4〉泥炭質土，深灰、灰黑色，軟塑大可塑，II級普通土；〈6-5-1〉粉土，灰、深灰、要灰藍色，中密，很濕，I級松土。洞門圍護結構為0.8 m厚鋼筋混凝土地下連續墻，洞門直徑為6.4 m。端頭設計加固方案：賽馬場西站—賽馬場南站盾構區間端頭加固采用Ф900 mm@650 mm×650 mm高壓旋噴樁，旋噴樁實噴長度>12.2 m，插入盾構底部設計深度>3 m。

2 施工關鍵技術

黏土地層洞門端頭用高壓旋噴樁加固，做好方案的編制和審核，取芯檢測加固質量，驗證加固效果達到設計強度要求。破除洞門前在洞門范圍圍護結構背后施作素混凝土地下連續墻(見圖1)，地下連續墻的兩端均由洞門的邊側向外延伸1 m，使地下連續墻與土體的接觸面積能夠牢固地固定洞門的端頭。素混凝土地下連續墻施工方便快速；采用較低強度素混凝土，造價較少；素混凝土地下連續墻將洞門土體隔離到墻后，無洞門坍塌風險。

破除洞門時利用素混凝土地下連續墻的保護作用，有效預防黏土地層的盾構洞門旋噴加固不到位或者加固效果不佳，實現安全破除洞門圍護結構，使盾構在素混凝土地下連續墻中掘進，有利于盾構始發安全。

圖1 素混凝土地下連續墻加固剖面

2.1 導墻施工

地下連續墻施工前，在其兩側施工導墻，保證連續墻的幾何尺寸和形狀。導墻起到地下連續墻施工導向作用，引導和限定地下連續墻的走向及位置，使其能夠按照預定走向布置。導墻高度以開挖至原土面為準，容蓄部分泥漿，保證泥漿穩定液位；承受水土壓力和施工機械作業時的附加荷載，維護地下連續墻上部土體穩定。

施工現場設立測量控制點，根據導墻施工范圍測量放樣，引測導墻軸線，定出導墻挖土位置，為防止損壞既有地下管線，先人工開挖探溝，確信無地下管線時再機械開挖和人工修整。導墻開挖完成后，測量投放導墻綁扎鋼筋位置，注意安裝墊塊滿足對鋼筋保護層的要求。導墻C25混凝土強度達到設計強度的70%后方可拆模。拆模后立即在內墻上分層支撐8 cm×8 cm木枋3道，防止導墻向內擠壓，方木水平間距2 m，上下間距為0.8 m，梅花形布置(見圖2)。

圖2 素混凝土地下連續墻導墻施工(單位：mm)

2.2 泥漿制備

地下連續墻成槽過程中使用膨潤土泥漿進行護壁，泥漿應有合適的流動性、適當的密度和物理化學穩定性、良好的泥皮形成能力，在槽壁表面形成泥皮，防止地下水滲入，使槽壁保持穩定不坍塌[6]。

泥漿質量影響到成槽的質量與安全，每次新配置泥漿投入使用前須對泥漿進行檢測，進行室內性能試驗，嚴格控制泥漿質量，控制好泥漿的比重、失水量和pH值等，保障其流動性和穩定性，初始泥漿配合比見表1。

表1 新配制泥漿配合比及性能指標

2.3 槽段開挖

地下連續墻厚度為0.8 m，深度21 m，槽段寬度為每個洞門兩側各搭接1 m，深度為地面至洞門底部以下3 m。根據始發洞門位置槽段劃分用紅色油漆標識在導墻頂面，以便進行挖槽定位控制。采用金泰SG46成槽機配備垂直度顯示儀表和自動糾偏裝置，根據每個槽段的寬度尺寸，確定開挖序數和次序，三抓成槽，先抓兩側土體，后抓中心土體，使用抓斗挖槽時確保抓斗在土中受力均衡，保證槽孔垂直。每進尺4 m左右檢查一次成孔垂直度，成槽機必須輕提慢放，嚴格控制成槽速度，確保成槽垂直精度。成槽過程中利用成槽機的顯示儀進行垂直度跟蹤觀測，做到隨挖隨糾，保證成槽后槽壁垂直度≤2‰。成槽完成后，采用超聲波檢測儀對槽壁質量進行監測，監測位置不少于2處。對于偏孔的情況，及時進行處理。

2.4 清槽與驗槽

檢查槽位、槽深、槽寬、槽壁垂直度及巖樣，合格后方可進行清槽工作。使用挖槽液壓抓斗直接挖除槽底余土及沉渣，再用泵吸取孔底沉渣。

槽段完成后對槽段深度和垂直度進行檢測，用帶有重錘的測繩實測槽段左、中、右3個位置的槽底深度，最淺深度即為該槽段的深度。

2.5 混凝土澆筑

清槽完成后在3 h內澆筑C30混凝土，澆筑前先檢查槽深，判斷有無坍孔，并計算所需混凝土方量，保證商品混凝土的供應量，工地技術人員必須對拌站提供的混凝土級配單進行審核，并測試其到達施工現場后的混凝土坍落度，保證商品混凝土供應的質量。混凝土澆筑采用Ф300 mm雙導管水下澆筑混凝土[7]，導管上部安裝方形漏斗，導管安裝及混凝土澆筑前，井口必須設有導管卡，搭設工作平臺(留出導管位置)，并且要求能保證人員的安全。

混凝土導管使用Q235鋼材制作并經過耐壓試驗的混凝土絲牙導管，及其配套料斗、擱置梁等設備[8]。導管在現場進行密封性測試、檢驗，經驗收合格后方可使用，導管要求連接牢靠，接頭用橡膠圈密封，防止漏水。澆筑混凝土之前，確保漏斗中已放入止水球。

首批入槽混凝土量≥4 m3，混凝土埋管深度>0.5 m，保證有足夠埋管深度，控制導管始終插入混凝土內保持在2 m～6 m。導管埋深太淺，混凝土易產生夾泥夾砂問題；導管埋得過深，混凝土流動困難，易造成拔管困難；通過導管長度計算導管埋深，合理導管埋深為2 m～3 m。不得因導管拔出過快發生拔空現象，如拔空導管，應立即將混凝土面上的淤泥吸清，重新開管放入球膽澆筑混凝土，將導管向下插入原混凝土面下1 m左右。嚴格控制混凝土的材料質量，坍落度在20 cm～22 cm之間，保證混凝土的強度滿足設計要求。

混凝土澆筑過程中，兩根導管的混凝土表面的高差不宜大于0.3 m，以保證混凝土澆筑的均勻性。澆筑混凝土時按規范要求對混凝土進行取樣，并嚴格按照養護條件進行養護。

2.6 洞門破除

2.6.1 準備工作。洞門破除前先復核洞門中心坐標和高程，確保洞門尺寸位置正確，滿足盾構機始發要求。同時對素混凝土地下連續墻試件進行檢驗[9]，滿足強度、自立性等指技術指標，達到設計要求后方可進行洞門破除。

洞門與盾構刀盤之間雙排腳手架平臺采用Ф48 mm架子管搭設，腳手架寬度1 m，間距1.2 m×1.2 m×1 m。最底下一層距基坑底板0.2 m立桿和橫桿搭設完成后設置兩根剪力撐。施工平臺滿鋪10 cm厚方木，用鐵絲固定牢固。在平臺外側掛設安全防護網。作業人員攜帶安全帶方可進行破除作業。

2.6.2 破除步驟。①采用高壓風鎬先將地下連續墻50 mm保護層破除，清理基坑內側鋼筋。對圍護結構的地下連續墻3/4部分從上到下逐層進行破除，做好渣土清理工作。保護層的鑿除工作由上至下完成，鋼筋的割除應自下至上切割。②對圍護結構的地下連續墻外側1/4墻體混凝土進行破除，保留鋼筋，以防萬一有涌水涌砂發生時，鋼筋可以作為最后一道防護，以減小風險。外側1/4墻體混凝土破除清渣完畢后進行鋼筋割除，將洞門周圍的鋼筋頭全部清除，以防盾構推進時卡住刀盤。③拆除腳手架并清理雜物，將破除的混凝土塊及割除的鋼筋全部清理干凈(見圖3)。然后快速進行盾構推進作業，確保盾構始發安全。

圖3 洞門破除效果

對地下連續墻進行分層破除更加有利于施工的安全性[10]，在發生滲水或者發生洞門變形時能夠第一時間相應，且由于一次性破除的體量較小，堵漏的成功率更高。盾構機始發工作孔洞位置的地下連續墻破除時，地下連續墻的未破除部分能夠對洞門進行有效的支撐。

3 注意事項

施工中應注意的事項有：①成槽前應了解周邊地下管線情況，根據現場管線探測情況及查閱相關資料，事先采取相應的保護措施，減小施工對周邊地下管線的影響。②槽段開挖過程中加強槽壁穩定性的觀測，施工中漏失的泥漿及時補漿，減少泥漿液面的落差，保持必需的液面高度。③嚴格控制成槽機、空壓機、自備發電機等施工噪音，設置消音裝置，合理安排混凝土澆筑時段，夜晚禁止一切發出較大聲響的工作，盡量減小對周圍居民的影響。

4 結論

根據素混凝土地下連續墻施作和洞門破除，得出如下結論：①黏土地層洞門端頭用高壓旋噴樁加固，做好方案的編制和審核，取芯檢測加固質量，驗證加固效果達到設計強度要求。②素混凝土地下連續墻施工方便快速；采用較低強度素混凝土，造價較低；素混凝土地下連續墻將洞門土體隔離到墻后，無洞門坍塌風險。③盾構機始發工作孔洞位置的地下連續墻破除時，地下連續墻的未破除部分能夠對洞門進行有效的支撐，實現安全破除洞門圍護結構。