盾構(gòu)施工明洞接收技術(shù)

□文/王雷

盾構(gòu)施工明洞接收技術(shù)

□文/王雷

盾構(gòu)接收是盾構(gòu)法施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，特別是當(dāng)工作井周邊存在不良地質(zhì)或富水地層時(shí)，容易出現(xiàn)涌水、涌砂等險(xiǎn)情，引起地面局部塌陷，嚴(yán)重的會(huì)影響地面交通及居民正常生活。文章通過(guò)對(duì)天津某盾構(gòu)區(qū)間采用水平凍結(jié)加固結(jié)合混凝土箱接收施工工藝進(jìn)行研究和分析，辨識(shí)該工藝存在的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并給出應(yīng)對(duì)措施。

盾構(gòu)；明洞接收；地鐵

盾構(gòu)到達(dá)接收的施工工法很多，常用的有旋噴樁（攪拌樁）加固、鋼板樁置換法、凍結(jié)法加固、化學(xué)注漿加固法等。這些傳統(tǒng)盾構(gòu)始發(fā)、接收工法成功的例子很多，但是施工過(guò)程中由于加固效果不理想，導(dǎo)致接收失敗的例子也屢見(jiàn)不鮮。逯建棟［1］采用了一種新生鋼套筒輔助裝置進(jìn)行接收，但鋼套筒輔助裝置組裝時(shí)間長(zhǎng)，精度要求高，另外對(duì)鋼套筒加固的穩(wěn)定性要求也極高，在出洞時(shí)如壓力控制不當(dāng)，還有可能出現(xiàn)撐壞鋼套筒的風(fēng)險(xiǎn)。黃威然等［2］研究了針對(duì)大尺寸盾構(gòu)井的特點(diǎn)，結(jié)合盾構(gòu)始發(fā)對(duì)反力系統(tǒng)的剛性要求采用鋼筋混凝土箱體輔助進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)。

針對(duì)上述鋼套筒接收存在的缺點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)，本文介紹天津某地鐵盾構(gòu)區(qū)間采用的站內(nèi)水平加固結(jié)合站內(nèi)明洞接收方法。該盾構(gòu)區(qū)間到達(dá)端地面為下沉隧道，是市主要快速干道，無(wú)法進(jìn)行地面加固，地下隧道范圍內(nèi)為富水承壓軟弱地層。鋼筋混凝土明洞先在接收井內(nèi)完成施工與結(jié)構(gòu)墻連接一體，在盾構(gòu)到達(dá)前明洞內(nèi)回填填充物盾構(gòu)進(jìn)入明洞內(nèi)接收；明洞與鋼套筒接收工藝相比具有更高的安全性、牢固性和密閉性，同時(shí)避免了鋼套筒組裝加固焊接量大、容易變形、組裝精度高、密封性差、也省去了反力支撐體系的安裝及撐壞鋼套筒風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)；與文獻(xiàn)［2］不同的是該明洞為接收箱體不需要反力支撐，明洞內(nèi)材料的回填密實(shí)性也能夠得到有效保障。

1　工程概況

天津某地鐵區(qū)間隧道起于西青道高架橋頭，止于芥園道，里程為DK16+879.92～DK18+062.0，左線長(zhǎng)1 152 m、右線長(zhǎng)1 173 m。區(qū)間隧道覆土厚度11～22 m，盾構(gòu)區(qū)間為圓形隧道，管片設(shè)計(jì)凈空φ5 500 mm，管片厚度350 mm，環(huán)寬1.2 m。

區(qū)間左右線均從人民醫(yī)院站始發(fā)，掘進(jìn)到西青道站后拆機(jī)吊出，其中西青道站盾構(gòu)接收井因不具備地面加固條件，采用站內(nèi)水平冷凍加固。

該區(qū)間接收端（西青道站）地面為市快速主干道，車流量大，隧道范圍內(nèi)存在富水承壓地層，如施工接收不當(dāng)將造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　接收區(qū)域

圖2　西青道站現(xiàn)狀

2　地質(zhì)情況

3　施工方法

由于該區(qū)間接收端位于西青道下沉隧道結(jié)構(gòu)下方，地面環(huán)境復(fù)雜，沉降要求較高；另外盾構(gòu)接收端隧道范圍內(nèi)存在承壓含水層，在盾構(gòu)接收時(shí)為了確保洞門破除和接收萬(wàn)無(wú)一失，在站內(nèi)通過(guò)水平注漿［3～4］與水平凍結(jié)［5～6］相結(jié)合的加固方式，再在車站內(nèi)施工鋼筋混凝土明洞結(jié)構(gòu)并向明洞內(nèi)回填砂漿，盾構(gòu)在明洞內(nèi)接收進(jìn)一步加強(qiáng)盾構(gòu)接收的安全性，施工流程見(jiàn)圖3。

圖3　施工工藝流程

4.1端頭加固

4.1.1水平注漿加固

1）加固范圍。盾構(gòu)接收端頭采用全斷面分層注漿，縱向加固長(zhǎng)度為地下連續(xù)墻外11 m，徑向加固范圍隧道開(kāi)挖輪廓線以外4 m，全斷面分層注漿加固見(jiàn)圖4-圖5。

圖4　注漿孔布置區(qū)域

圖5　注漿縱斷面區(qū)域

2）漿液配備。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，單液漿質(zhì)量比為1∶1，雙液漿體積比為1∶1，注漿采取從上往下，間隔跳孔，先外圈，后內(nèi)圈的順序進(jìn)行。

3）注漿效果檢查及評(píng)定。注漿結(jié)束后，在注漿薄弱區(qū)域鉆孔檢查測(cè)定涌水量，檢查孔數(shù)量按設(shè)計(jì)注漿孔數(shù)量的5%～10%考慮。檢查孔每延米涌水量≯0.15 L/min或局部孔涌水量≯2 L/min時(shí)，涌水含砂量≯1%，水壓≯0.1 MPa。

4.1.2水平凍結(jié)加固

水平凍結(jié)外圈加固長(zhǎng)度9 m，內(nèi)層強(qiáng)冷凍加固體厚度3.5 m，盾構(gòu)機(jī)洞門圈外圍凍結(jié)厚度1.25 m（即凍結(jié)直徑為9.2 m）。水平凍結(jié)孔分三圈布置，合計(jì)59個(gè)凍結(jié)孔。其中最外圈凍結(jié)孔34個(gè)，孔距0.766 m，圈徑7.8 m，入土深度為9 m；第二圈凍結(jié)孔16個(gè)，孔距1.021 m，圈徑5.2 m，入土深度為3.5 m；第三圈凍結(jié)孔8個(gè)，孔距1.020 m，圈徑2.6 m，入土深度為3.5 m；內(nèi)圈圓心1個(gè)凍結(jié)孔入土深度為3.5 m，見(jiàn)圖6-圖7。

圖6　凍結(jié)孔布置

圖7　凍結(jié)區(qū)域平面

4.2明洞施工

為確保盾構(gòu)出洞施工的安全和有效防止地下水滲漏，采取在盾構(gòu)接收井內(nèi)施作混凝土明洞的措施接收盾構(gòu)。明洞內(nèi)回填M2.5砂漿，盾構(gòu)機(jī)推出洞門后繼續(xù)切削砂漿，盾構(gòu)機(jī)在砂漿內(nèi)接收。

施作明洞接收盾構(gòu)機(jī)主要作用是提供盾構(gòu)接收緩沖區(qū)，明洞內(nèi)回填砂漿后對(duì)洞門區(qū)域?qū)嵤┯行Х舛?，在洞門加固效果不好，導(dǎo)致涌水涌砂的情況下，可以通過(guò)明洞內(nèi)的砂漿進(jìn)行有效的封堵，防止水土流失，造成事故。

盾構(gòu)出洞接收時(shí)為確保安全將盾尾留置在區(qū)間內(nèi)；根據(jù)盾構(gòu)機(jī)尺寸在盾構(gòu)接收井內(nèi)施作長(zhǎng)7.5 m，寬9.25/11 m，高9.46 m，壁厚0.8 m的明洞結(jié)構(gòu)。明洞結(jié)構(gòu)鋼筋與盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)植筋［7］連接。

明洞結(jié)構(gòu)分二次澆筑，首次澆筑側(cè)墻及端墻并于端墻預(yù)留物料、人行通道；其后施作頂板，在明洞頂板預(yù)留1個(gè)回填砂漿灌注口；在洞門破除、凍結(jié)拔管完成后，回填砂漿前封閉預(yù)留門洞，通過(guò)頂板預(yù)留灌注孔向內(nèi)回填砂漿。

施工過(guò)程中要確保明洞結(jié)構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)之間的密封性和明洞結(jié)構(gòu)的牢固性，施作完成后認(rèn)真檢查其密閉效果。

4.3洞門破除及探水

當(dāng)土體凍結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即可進(jìn)行洞門的破除，洞門破除從下到上依次破除，首先破除內(nèi)襯砌范圍內(nèi)的混凝土，再破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻。在洞門破除剩余0.3 m時(shí)，在洞門范圍內(nèi)按“米”字型打水平探孔，探孔深度為1.6 m（深入凍結(jié)土體0.6 m）進(jìn)一步判斷凍結(jié)情況，確定凍結(jié)效果已達(dá)到凍結(jié)設(shè)計(jì)要求后，方可將最后一層完全破除，最后一層破除時(shí)間在1 d以內(nèi)，以防止凍土表面溫度回升融化，影響其強(qiáng)度。

4.4凍結(jié)管拔除

洞門破除后開(kāi)始進(jìn)行拔管，根據(jù)拔除進(jìn)度逐根停止洞門圈范圍內(nèi)的凍結(jié)管凍結(jié)，外部?jī)鼋Y(jié)管保持凍結(jié)，在盾構(gòu)機(jī)順利接收停止凍結(jié)后，將外圈冷凍管割至內(nèi)襯墻外側(cè)30 cm左右，采用快凝水泥封堵，最外面再用1 cm厚鋼板將冷凍管封堵，鋼板與凍結(jié)管之間須滿焊，最后用快速水泥把洞圈和凍結(jié)管之間的空隙堵住。

4.5明洞回填

砂漿回填施工1次完成?；靥畈捎玫乇幂斔头绞交靥睢鼋Y(jié)管拔除完成后立即將明洞內(nèi)的材料設(shè)備清理干凈，將端墻預(yù)留洞門密封完成后及時(shí)、迅速回填砂漿。

4.6盾構(gòu)接收

在進(jìn)入明洞前應(yīng)將盾構(gòu)姿態(tài)及參數(shù)調(diào)整為最佳狀態(tài)，確保盾構(gòu)順利進(jìn)入箱體。

盾構(gòu)在進(jìn)入加固區(qū)掘進(jìn)時(shí)不宜停留，在機(jī)械發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)每隔5～10 min將刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)3～5 min，以防刀盤被凍??；盾構(gòu)在進(jìn)入明洞時(shí)應(yīng)逐漸將壓力降至零，刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.7～0.9 r/min，推進(jìn)速度控制在5～10 mm/min，確保明洞的安全。

盾構(gòu)機(jī)盾尾進(jìn)入加固區(qū)后立即對(duì)盾尾連續(xù)10環(huán)進(jìn)行管片后注漿，在加固區(qū)與非加固區(qū)之間形成密封環(huán)，采用全斷面注漿。

通過(guò)對(duì)公路施工技術(shù)及道路路面施工的質(zhì)量控制措施，不斷提高公路施工技術(shù)水平，加強(qiáng)道路施工質(zhì)量控制，是我國(guó)公路工程能夠高效、穩(wěn)定、快速發(fā)展下去的必要條件。

盾構(gòu)進(jìn)入接收明洞距端墻800 mm左右時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)盾尾內(nèi)部開(kāi)孔進(jìn)行密封注漿，填充盾尾殼體與洞門鋼環(huán)間的結(jié)構(gòu)間隙；開(kāi)孔前先在盾構(gòu)殼體上焊接球閥，然后用鉆機(jī)從球閥內(nèi)進(jìn)行開(kāi)孔作業(yè)，球閥安裝位置為地下連續(xù)墻與車站結(jié)構(gòu)墻接縫處。

注漿方式均采用單液漿與雙液漿相結(jié)合的方式，以注漿壓力控制為主，先注單液漿當(dāng)達(dá)到一定壓力后（0.4 MPa）改注雙液漿，當(dāng)注雙液漿壓力達(dá)到0.6 MPa后，停止注漿。

注漿完成以后，將盾尾后10環(huán)及盾尾上的注漿孔全部用電鉆進(jìn)行鉆探，鉆孔深度為管片背后20 cm；若有水流說(shuō)明未將后方水源截?cái)?，?yīng)繼續(xù)補(bǔ)充注漿，注漿完畢后再進(jìn)行檢查，直至檢查無(wú)滲流后，將盾構(gòu)中體與盾尾連接螺栓拆除，盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)500 mm后從洞內(nèi)將盾尾與洞門鋼圈之間的混凝土清除干凈，然后用弧形鋼板將洞門鋼圈與盾尾焊接封死，完成盾構(gòu)接收，進(jìn)行后續(xù)混凝土明洞破除及拆機(jī)工作。

4.7險(xiǎn)情處理

在采用凍結(jié)法加固時(shí)，凍結(jié)管路在穿過(guò)明洞時(shí)應(yīng)采用鋼套管，鋼套管中部加焊止水板；在拔出洞門圈范圍內(nèi)的凍結(jié)管后應(yīng)立即在明洞內(nèi)部利用鋼板封堵凍結(jié)管，防水后方水從頂板處外流。根據(jù)天津地鐵盾構(gòu)區(qū)間左線在接收時(shí)未對(duì)穿過(guò)頂板的凍結(jié)管特別是穿過(guò)頂板的群管位置進(jìn)行處理，在接收時(shí)發(fā)生了涌水情況。

4.7.1原因

1）地下連續(xù)墻與土體交界部位由于洞門范圍內(nèi)的凍結(jié)管拔出后回填砂漿，盾構(gòu)掘進(jìn)不連續(xù)，造成回填的砂漿水化熱將凍結(jié)壁薄弱部位土體融化，使地下水涌入發(fā)生險(xiǎn)情。

2）凍結(jié)管外側(cè)包裹一層柔性保溫材料，在穿過(guò)混凝土箱時(shí)沒(méi)有進(jìn)行特殊處理，特別是穿過(guò)混凝土箱頂板的群管部位，造成該部位存在縫隙，使水流通過(guò)該縫隙發(fā)生險(xiǎn)情。

右線在掘進(jìn)過(guò)程對(duì)凍結(jié)管路進(jìn)行特殊處理后順利完成了右線盾構(gòu)的接收工作。

1）外圈孔處理。風(fēng)鎬鑿除冷凍管周邊與頂板周邊接觸5.0 cm范圍，剝除頂板上表面保護(hù)層，清理干凈殘?jiān)?。剝除冷凍管外保護(hù)層，縫隙填充遇水膨脹密封膏，采用2塊10 mm厚鋼板開(kāi)半圓孔，對(duì)接套住冷凍管，膨脹螺栓固定，快硬水泥封堵鋼板與頂板接觸的縫隙。明洞內(nèi)冷凍管與頂板接觸下表面處理同上表面的處理措施。

2）內(nèi)圈管處理。提前準(zhǔn)備好10mm厚，200mm×200 mm鋼板。穿過(guò)明洞頂板的內(nèi)圈凍結(jié)管每拔除一根后立即在洞內(nèi)利用膨脹螺栓固定鋼板封閉一根冷凍管口，然后再在板頂向孔內(nèi)填充聚硫密封膏和水不漏材料進(jìn)行封堵，填充密實(shí)后再在明洞頂板上利用鋼板再進(jìn)行封口。

5　結(jié)語(yǔ)

采用洞內(nèi)水平加固結(jié)合明洞接收技術(shù)，通過(guò)對(duì)凍結(jié)管理特殊處理后圓滿的完成了地面復(fù)雜環(huán)境及承壓水軟弱地層中的盾構(gòu)接收工作；在施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)掘進(jìn)前后現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)［8］結(jié)果顯示，下穿隧道沉降符合要求，同時(shí)確保了盾構(gòu)接收的安全，取得了良好的效果。

但是該明洞結(jié)構(gòu)為一次性投入，后期不能重復(fù)利用；另外由于該明洞為后期新增措施，底板施工時(shí)未預(yù)留明洞鋼筋，對(duì)植筋效果要求較高；如果條件許可，在做洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土連續(xù)墻時(shí)采用玻璃纖維筋混凝土，盾構(gòu)在出洞的時(shí)候可以直接切削玻璃纖維筋混凝土出洞，從而減少了人工鑿除洞門混凝土的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］逯建棟.盾構(gòu)到達(dá)鋼套筒接收施工技術(shù)［J］.廣東土木與建筑，2011，（10）：45-47.

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U455.4

C

1008-3197（2016）03-32-04

2016-03-02

王雷/男，1982年出生，工程師，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事軌道交通工程施工技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.011