TBM下穿河流涵洞施工技術(shù)分析

毛 建

中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003

1 工程概況

重慶軌道交通六號線一期工程花卉園站～大龍山站TBM施工段區(qū)間隧道左線起訖里程為ZDK22+640～ZDK23+734.423，全長1 094.423m（右線設計里程為YDK22+640～YDK23+734.423，全長1090m）。隧道線路在YDK22+970～YDK23+036段下穿盤溪河涵洞，該段隧道圍巖基本分級為Ⅴ級，襯砌施工采用Ⅴ級圍巖襯砌斷面。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)頂部與涵洞擴大基礎底部的凈距離為4.66m，為0.7B（B為隧道開挖直徑），根據(jù)鉆孔資料可以判斷，涵洞基礎位于風化層以下的砂巖層面，隧道與涵洞基礎之間為砂巖與泥質(zhì)砂巖。在保證在不影響結(jié)構(gòu)安全及地表環(huán)境的前提下，TBM安全順利通過盤溪河涵洞顯得尤為重要。

2 區(qū)間隧道設計概況

2.1 區(qū)間隧道襯砌斷面設計

TBM下穿盤溪河涵洞段采用Ⅴ級圍巖襯砌斷面。結(jié)構(gòu)采用復合式襯砌，初期支護拱部采用R25中空注漿錨桿，邊墻設Φ22砂漿錨桿，錨桿均長3.5m，梅花形布置，環(huán)、縱向間距1.0m×0.75m；拱墻設Ⅰ14型鋼鋼架，間距1榀/0.75m；全斷面噴C25早強混凝土，噴射混凝土厚150mm。

2.2 區(qū)間隧道超前支護設計

區(qū)間隧道 YDK22+970～YDK23+036、ZDK22+970～ZDK23+036段拱部150°設置Φ50超前小導管預支護，并注水泥水玻璃雙液漿。超前小導管長12m，外插角為10°～15°，小導管縱向間距結(jié)合鋼架安裝情況進行調(diào)整，但搭接長度不小于1m，小導管環(huán)向間距為40mm。

2.3 區(qū)間隧道洞身管棚設計

區(qū)間隧道 YDK22+990～YDK23+018、ZDK22+990～ZDK23+018洞身段打設一環(huán)長管棚，管棚長度28m。管棚鋼管采用Φ89×5mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距為40cm，外插角為6°～8°，鋼管分節(jié)進行安裝，接頭處兩端預加工成外絲扣以便于安裝。

3 工程施工

3.1 涵洞加固及導流施工

TBM下穿盤溪河涵洞施工前，為確保涵洞結(jié)構(gòu)的安全，采取在涵洞內(nèi)進行注漿加固的措施，涵洞洞內(nèi)加固施工圖詳見圖1。

1）封堵截流。先檢測有害氣體、通風，然后施作砂袋圍堰，將兩管涵洞的右側(cè)一管臨時封堵，水流匯集到左側(cè)一管涵洞內(nèi)流動，封堵后將涵洞內(nèi)水抽干（或自然流盡風干）；

2）確定加固范圍。右側(cè)涵洞封堵后，將該管涵洞內(nèi)淤泥清理干凈，然后測量放線，確定加固范圍，加固范圍為左右線中線外11m以內(nèi)，共35m；

3）打孔、注漿。在施工范圍內(nèi)打孔，進行小導管注漿加固。鉆孔采用D2-25A強力地面巖石電鉆。小導管斜向插入涵洞基礎下方，通過涵洞底板下方的人工填土對涵洞基底下方的基巖進行注漿加固，小導管的打入長度以控制在距離隧道拱頂1m的距離為準，小導管孔平均長度為7.7m。小導管布置間距為1.5m，梅花形布置。注漿材料選用水泥漿，注漿時確保漿液將小導管內(nèi)填充滿，注漿壓力達到設計終壓（0.5MPa～1.0 MPa）時，可結(jié)束注漿。要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果；

4）涵洞過水底板鋪設防水層，施作混凝土保護層。將地板的泥渣及積水清理干凈后，在過水底板上鋪設防水卷材，并在防水層上鋪設50mm～80mm厚細石混凝土保護層。防水層鋪設范圍為縱向：加固范圍共35m；橫向滿鋪過水底板，并在兩側(cè)拱墻高度不小于1m范圍內(nèi)鋪設防水層并砌240mm厚磚墻保護防水層，磚墻外側(cè)抹水泥砂漿；

5）重復以上措施，對右側(cè)涵洞進行截流、清淤、破除砼底板、打孔注漿等工作；

6）TBM掘進通過并施作完成二次襯砌之后，對涵洞結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進行檢查，做好文明施工，協(xié)同市政、水利部門辦理移交手續(xù)。

圖1 涵洞洞內(nèi)加固施工圖

3.2 TBM掘進下穿施工措施

3.2.1 管棚施工工藝

下穿段TBM隧道洞身管棚采用外徑89mm，壁厚5mm的熱軋無縫鋼管。管棚長度28m，布設與拱頂150°范圍內(nèi)，環(huán)向間距40cm，外插角6°～8°，外插角度可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整。每節(jié)鋼管兩端均預加工成外絲扣，以便連接接頭鋼管。鋼管按跳孔設鋼花管注水泥漿加固圍巖。管棚施工工序：準備工作→鉆孔→清孔→頂進鋼管棚→清孔→封孔→結(jié)束。

3.2.2 施工技術(shù)要求

鋼管需按設計位置施工，嚴格控制管棚打設方向，并做好每個鉆孔地質(zhì)記錄。盡量減小管棚的外插角，可在型鋼鋼架腹板開孔以穿管棚，也可采用一榀格柵鋼架代替開孔的型鋼鋼架，鋼管尾部應與鋼架焊接。施工期間應遵守隧道施工技術(shù)安全規(guī)范和鉆眼注漿作業(yè)操作規(guī)則。

3.3 超前小導管施工

3.3.1 超前小導管施工工藝

下穿段TBM隧道拱部150°設Φ50超前小導管，并注水泥水玻璃雙液漿。小導管長度12m，環(huán)向間距40cm，縱向設置結(jié)合鋼架情況進行調(diào)整，搭接長度不小于1m。小導管施工工序：風鉆→頂入鋼管→連接管路→壓水實驗→有無滲漏→注漿→停止注漿。

3.3.2 施工技術(shù)要求

小導管安設一般采用鉆孔打入法，即先按設計要求鉆孔，鉆孔直徑58mm，然后將小導管穿過鋼架外輪廓，用錘擊或鉆機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內(nèi)的砂石吹出。導管安設后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，必要時在小導管附近及工作面噴射混凝土，以防止工作面坍塌。

隧道的開挖長度應小于小導管的注漿長度，預留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻。注漿前應進行壓水試驗，檢查機械設備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設備效率，可采用群管注漿（每次3根～5根）。注漿量達到設計注漿量和注漿壓力達到設計終壓（0.5MPa～1.0MPa）時，可結(jié)束注漿。注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果。水泥漿液的附加劑摻量如下：速凝劑（CaCl2）占水泥重的5%左右。

3.4 TBM隧道穿越后的技術(shù)措施

當TBM噴漿橋通過下穿段時，及時架設全斷面臨時鋼架，鋼架采用Ⅰ16型鋼鋼架，間距0.75m，與永久鋼架交錯布置。當初期支護閉合成環(huán)一定長度后，及時對初支背后回填注漿加固，以控制地面沉降量。穿越后，及時對掉塊部位的預埋注漿管進行回填注漿加固。二次襯砌施工，當二襯混凝土達到設計強度后，及時對二襯背后回填注漿。

對監(jiān)測資料進行統(tǒng)計分析，判斷涵洞的變形趨勢，根據(jù)分析結(jié)果確定是否需要采取相應措施對涵洞結(jié)構(gòu)進行加固。TBM掘進穿過本段后，還應對隧道內(nèi)部、盤溪河涵洞、地表進行跟蹤監(jiān)測，跟蹤監(jiān)測應至少持續(xù)100天，待變形趨于穩(wěn)定，確定隧道、涵洞及路面安全的情況下，方可停止監(jiān)測。

3.5 監(jiān)控量測

為保證施工質(zhì)量和施工安全，在掘進施工工過程中，對盤溪河涵洞及周圍地表沉降、位移及傾斜等進行監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果來反饋施工，指導施工參數(shù)的優(yōu)化，從而保證盤溪河涵洞的安全。

4 結(jié)論

通過以上措施，TBM順利安全通過了盤溪河涵洞，這對以后的TBM下穿建（構(gòu)）筑物施工有著重要的指導意義，同時也為TBM在地鐵范圍內(nèi)更加廣泛的應用做了很好的鋪墊。

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[2]呂偉，鄭文忠，李偉.穿黃隧洞盾構(gòu)掘進質(zhì)量控制中的測量監(jiān)理管理[J].山西水利科技，2009(4).