富水砂卵石層土壓平衡盾構(gòu)下穿污水干管技術(shù)

孫繼東

1 工程概述

1.1 工程概況

成都地鐵1號(hào)線倪家橋站—省體育館站右線盾構(gòu)區(qū)間，在YDK12+069.509～YDK12+144.085段(74.576 m)與φ 1 200 mm污水干管小角度斜交。該段隧道埋深約8.2 m，主要位于人民南路輔道、花壇、人行道下。污水干管管底埋深約6.5 m，管底距離隧道頂部距離為1.608 m～1.687 m。

1.2 地質(zhì)條件

下穿污水干管段盾構(gòu)隧道主要穿越稍密卵石土、中密卵石土地層，地下水位位于隧道頂部以上1.8 m。卵石土至地表分布有粉質(zhì)黏土與雜填土。

1.3 污水干管形式

此污水管為成都市污水排放主干管，日流量約10萬t，帶壓運(yùn)行。污水管管徑為1 200 mm、壁厚100mm，每節(jié)長度為2000 mm，以平口形式相接。接口采用水泥砂漿封堵，砂漿內(nèi)埋入20號(hào)10×10鍍鋅鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)埋入封堵砂漿內(nèi)的深度為150 mm。污水管線基礎(chǔ)為180°帶形混凝土基礎(chǔ)(如圖1所示)。

2 工程分析

砂卵石地層的基本特征是結(jié)構(gòu)松散、無膠結(jié)，呈大小不等的顆粒狀，卵石空隙多被中、粗砂充填。一旦被開挖，就很容易破壞原來的相對(duì)平衡狀態(tài)，使開挖面失去約束而失穩(wěn)，是一種典型的力學(xué)不穩(wěn)定地層。盾構(gòu)在其富水飽和狀態(tài)下掘進(jìn)施工，開挖面更容易產(chǎn)生涌水、涌砂，若控制不力將會(huì)發(fā)生開挖面失穩(wěn)、地表坍塌的重大事故。同時(shí)，盾構(gòu)下穿污水干管距離長(74.576 m)、間距小(垂直凈距1.608 m～1.687 m)，下穿段又位于交通密集的人民南路上，一旦發(fā)生污水爆管，后果不可想象。因此，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。為確保萬無一失，盾構(gòu)下穿污水干管總體施工思路是:盾構(gòu)穿越前對(duì)地層與污水管進(jìn)行注漿預(yù)加固;穿越施工中做好盾構(gòu)掘進(jìn)綜合控制，確保盾構(gòu)“連續(xù)、平穩(wěn)、快速”推進(jìn);盾構(gòu)穿越后參照監(jiān)控量測及時(shí)進(jìn)行地表跟蹤注漿，確保盾構(gòu)下穿污水干管的最終安全。

3 下穿污水干管施工技術(shù)

3.1 盾構(gòu)通過前的預(yù)加固措施

在盾構(gòu)穿越前采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)過污水管段地層進(jìn)行探測，并對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行了鉆孔注漿預(yù)加固。

預(yù)加固采用φ 42鋼花管水泥漿液注漿，水灰比為1∶1，最大注漿壓力控制在1.5 MPa左右。通過鉆孔注漿預(yù)加固，我們得出“密實(shí)砂卵石地層在未被擾動(dòng)的情況下漿液可注性差”這一結(jié)論。

3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)綜合控制技術(shù)

3.2.1 確保盾構(gòu)機(jī)穿越時(shí)的良好工作狀態(tài)

為使盾構(gòu)機(jī)在下穿污水干管施工中能始終保持良好的工作狀態(tài)、“連續(xù)”作業(yè)，在地質(zhì)條件較好的YDK12+175處，停機(jī)帶壓進(jìn)倉，對(duì)刀盤、刀具進(jìn)行檢查，并對(duì)磨損的刀具進(jìn)行更換，同時(shí)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)及其配套設(shè)備進(jìn)行全面的維修保養(yǎng)，避免故障停機(jī)。

3.2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)控制

1)掘進(jìn)模式、土倉壓力。盾構(gòu)下穿污水干管施工必須采用使開挖卵石土充滿土倉的土壓平衡模式，嚴(yán)禁欠土壓平衡模式推進(jìn)。必須使排土量與開挖土量相平衡、適當(dāng)保持土倉壓力，以確保開挖面穩(wěn)定和有效控制地表變形。本次盾構(gòu)下穿污水干管施工土倉內(nèi)上部壓力保持在0.06 MPa～0.07 MPa，通過調(diào)整掘進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證土倉壓力的穩(wěn)定。2)碴土改良。為確保盾構(gòu)過污水管段施工安全，必須通過碴土改良，使盾構(gòu)切削下來的碴土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩阻力，本次盾構(gòu)下穿污水干管施工采用在加膨潤土漿液基礎(chǔ)上注入泡沫劑，其效果比單獨(dú)改良有很大改善。每環(huán)泡沫劑用量控制在40 kg左右，膨潤土泥漿約6 m3，碴土改良效果較好。3)盾構(gòu)姿態(tài)控制。在盾構(gòu)下穿施工時(shí)必須采取有效措施控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)，減少盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。4)刀盤轉(zhuǎn)速與盾構(gòu)推進(jìn)速度。a.降低刀盤轉(zhuǎn)速，減小與卵石的碰撞沖擊，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，避免大的波動(dòng)。b.盾構(gòu)推進(jìn)速度控制在50 mm/min～60 mm/min，保證刀盤對(duì)土體的充分掘削，減小對(duì)正面土體的擠壓，并在施工中結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)，避免速度突變對(duì)地層造成沖擊擾動(dòng)。5)碴土排出量控制。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中出碴量控制通過推進(jìn)速度與螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。6)同步注漿與二次注漿。為保證同步注漿質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行注漿量與注漿壓力雙控，并以壓力控制為主。盾構(gòu)下穿施工平均每環(huán)注漿量為6.6 m3，個(gè)別地段注漿量達(dá)到 10 m3，注漿壓力控制在0.25 MPa左右。

盾構(gòu)通過后及時(shí)利用管片上預(yù)留的注漿孔進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿，漿液采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿、水玻璃體積比為1∶1，水泥采用 P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為 1∶1，注漿壓力不低于0.3 MPa。

3.3 地表跟蹤注漿

跟蹤注漿采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比1∶1，水玻璃波美度 20 Be′～30 Be′，水泥漿—水玻璃體積比 1∶1，注漿壓力0.6 MPa～1.0 MPa。根據(jù)地表沉降監(jiān)測情況，在盾構(gòu)機(jī)盾尾每通過一根預(yù)埋跟蹤注漿管約2 m～3 m時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿。

4 監(jiān)控量測

4.1 監(jiān)測內(nèi)容及結(jié)果

1)地表沉降。地表沉降測點(diǎn)分別布置在污水管中線和隧道中線上，按間距5.0 m布置。從監(jiān)測結(jié)果看，一般沉降值在7 mm～12 mm范圍內(nèi)，隧道中線地表最大沉降值為-17.64 mm，污水管中線地表最大沉降值為-14.4 mm，均未超出控制值，后期受地表跟蹤注漿影響，部分測點(diǎn)隆起。2)土體垂直位移。沿污水管走向輪廓外0.6 m，在靠管隧道一側(cè)，每隔10.0 m布置一個(gè)土體分層沉降孔，孔底距離隧道結(jié)構(gòu)頂約1.0 m。在盾構(gòu)接近測孔時(shí)，深層土體有少量變形，盾構(gòu)經(jīng)過及盾尾脫出時(shí)變形較大，直至盾構(gòu)通過后20 m左右，變形趨于穩(wěn)定。最大變形為-22.22 mm。

4.2 監(jiān)測頻率

按管理等級(jí)確定監(jiān)測頻率，當(dāng)監(jiān)測值小于預(yù)警值時(shí)，監(jiān)測頻率按 2次/d;當(dāng)監(jiān)測值在預(yù)警值和控制值之間時(shí)，3次/d～4次/d;當(dāng)監(jiān)測值大于控制值時(shí)，應(yīng)暫停施工，采取加固措施，4次/d～6次/d。

5 結(jié)語

1)盾構(gòu)穿越前應(yīng)對(duì)建(構(gòu))筑物進(jìn)行較為詳細(xì)的調(diào)查、準(zhǔn)確分析其與盾構(gòu)施工的相互影響，采用合適工藝對(duì)地層及建(構(gòu))筑物進(jìn)行預(yù)加固。這是保證盾構(gòu)安全、順利穿越的前提條件。2)以“連續(xù)、平穩(wěn)、快速”推進(jìn)為目標(biāo)的盾構(gòu)掘進(jìn)綜合控制是確保盾構(gòu)安全穿越建(構(gòu))筑物的最根本的保障。3)盾構(gòu)穿越過后的及時(shí)跟蹤注漿對(duì)于確保建(構(gòu))筑物安全是非常必要，也是非常有效的。4)對(duì)于富水砂卵石地層，跟蹤注漿是對(duì)同步注漿的有力補(bǔ)充，也應(yīng)以填充注漿為主，必要時(shí)才適當(dāng)加大注漿壓力進(jìn)行地層加固與建(構(gòu))筑物糾偏，但應(yīng)做好注漿壓力控制，避免注漿的破壞作用。5)盾構(gòu)在砂卵石地層中掘進(jìn)所引起的地表沉降(陷)具有明顯的滯后性，因此盾構(gòu)穿越重要建(構(gòu))筑物施工應(yīng)適當(dāng)增設(shè)土體深層監(jiān)測點(diǎn)，以增強(qiáng)監(jiān)控量測對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的指導(dǎo)作用。

[1] GB 50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 楊書江.土壓平衡盾構(gòu)近距離穿越污水管施工技術(shù)[A].第五屆中日盾構(gòu)法隧道技術(shù)交流會(huì)論文集[C].成都:西南交通大學(xué)出版社，2009.

[3] 陳 饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2009.