富水粉砂地層機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)與接收施工技術(shù)研究

葛佳佳，言建標(biāo)， 楊 吉

（1. 浙江杭海城際鐵路有限公司，浙江嘉興 314000；2. 中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇蘇州 215131）

1 引言

在地鐵建設(shè)中，區(qū)間隧道通常需要設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。聯(lián)絡(luò)通道是位于地鐵區(qū)間左右線之間的一項(xiàng)消防疏散工程，以方便在一條隧道出現(xiàn)緊急情況時(shí)，救援人員可從另一條隧道通過聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入需要救援的隧道內(nèi)，達(dá)到快速救援的目的。區(qū)間隧道每600 m就要設(shè)置1處聯(lián)絡(luò)通道。我國(guó)大部分聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法施工，輔以凍結(jié)或注漿加固[1]，在軟土地層中存在“工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、造價(jià)高”等問題[2]。

為解決上述問題，在國(guó)內(nèi)已有在無地層加固、狹小空間等條件下采用頂管法施工的工程，如寧波市軌道交通3號(hào)線鄞州區(qū)政府站—南部商務(wù)區(qū)站區(qū)間、兒童公園站—櫻花公園站，寧波市軌道交通4號(hào)線莊橋路站—麗江路站區(qū)間，而以往頂管法施工均在淤泥質(zhì)土層中[3]。

本文依托前期國(guó)內(nèi)在淤泥質(zhì)土層中的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工在富水粉砂地層的始發(fā)與接收進(jìn)行施工技術(shù)研究[4]，以拓展聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工的地層環(huán)境適應(yīng)性。

2 工程概況

杭海城際鐵路第1、第2標(biāo)余杭高鐵站—許村鎮(zhèn)站盾構(gòu)區(qū)間全長(zhǎng)3 126 m，線路最小曲線半徑800 m，最大曲線半徑4 000 m，隧道埋深為7.6～25 m，線間距10.8～16 m，最大縱坡為28‰。盾構(gòu)區(qū)間包含1座中間風(fēng)井，5座聯(lián)絡(luò)通道，其中，位于文正街道路下方的1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道大部位于⑤4粉砂層（滲透系數(shù)3.4×10-4cm/s），局部位于⑦2-1粉質(zhì)黏土夾粉土層（滲透系數(shù)5.1×10-6cm/s）；襯砌頂覆土厚度約20.07 m，線間距13.0 m（圖1）。

圖1 1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道所處地層圖

3 富水粉砂地層機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)與接收關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

采用土壓平衡頂管法基本原理，頂管機(jī)進(jìn)行挖掘作業(yè)，利用安裝在頂管最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來送入刀盤后面的貯留密封倉(cāng)內(nèi)，并使倉(cāng)內(nèi)具有適當(dāng)壓力并與開挖面水土壓力平衡。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

區(qū)間隧道在聯(lián)絡(luò)通道處的管片采用鋼混復(fù)合管片拼裝結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)通道管節(jié)分上、下2塊預(yù)制設(shè)計(jì)，分塊組合形式為1×150°+1×210°，單塊重量最大約3.2 t；管片采用錯(cuò)縫拼裝，無楔形量，接縫采用遇水膨脹止水條止水，管節(jié)內(nèi)徑為φ2 760 mm，外徑為φ3 260 mm，厚度為250 mm，每環(huán)管節(jié)M24縱向螺栓10根，M24環(huán)向螺栓4根。洞門位置采用鋼管片，隧道洞身采用鋼筋混凝土管片，聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)采用管片拼裝一次性成形。

3.3 粉砂層施工操作要點(diǎn)

針對(duì)本次頂管法施工地層為富水砂層，創(chuàng)新采用聯(lián)絡(luò)通道T型接頭設(shè)計(jì)、重疊注漿，在原有盾尾刷的情況下增設(shè)橡膠簾布+弧形鋼板、主隧道管片監(jiān)測(cè)、接收套筒填充材料比選。

3.3.1 T型接頭設(shè)計(jì)

（1）常規(guī)機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道主隧道主要采用鋼管片+混凝土管片組合，機(jī)械法開挖區(qū)域?yàn)椴ＡЮw維混凝土管片（圖2、圖3），主隧道左右線管片里程需控制在±50 mm，自轉(zhuǎn)控制在0.15°（換算高差8 mm）。主隧道聯(lián)絡(luò)通道管片位置施工精度要求高，若聯(lián)絡(luò)通道軸線位置位于主隧道曲線處，則里程調(diào)整較為困難。

圖2 常規(guī)機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道主隧道設(shè)計(jì)

圖3 常規(guī)機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道T型接頭模型

（2）杭海城際鐵路聯(lián)絡(luò)通道主隧道管片采用全環(huán)混凝土管片，切削區(qū)域?yàn)椴ＡЮw維筋管片，可切削部分進(jìn)行洞門開洞并放置洞門圈，機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道洞門的圓心位置相對(duì)主隧道管片的中心位置可左右偏移調(diào)整，左右偏移調(diào)整的范圍為0～400 mm。T型接頭為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，洞門環(huán)梁長(zhǎng)6 m，寬4.7 m，厚度為0.45 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí)為P12（圖4、圖5）。

圖4 杭海城際T型接頭設(shè)計(jì)

圖5 杭海城際T型接頭設(shè)計(jì)模型圖

（3）左右線主隧道管片里程偏差控制在±400 mm，可降低主隧道施工難度。同時(shí)在T型接頭范圍內(nèi)增加8個(gè)應(yīng)急注漿孔，方便后期施工過程中出現(xiàn)滲漏水時(shí)進(jìn)行應(yīng)急堵漏。

3.3.2 重疊注漿

本聯(lián)絡(luò)通道施工注漿加固包含4個(gè)階段。

（1）始發(fā)前主隧道注漿階段，注漿材料為水泥+水玻璃。主要作用包括：①提高地層強(qiáng)度和剛度，控制地層穩(wěn)定性，增加土體的整體性、強(qiáng)度及剛度，改變土體的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能；②形成承載結(jié)構(gòu)，注漿加固使土體重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，以減輕襯砌結(jié)構(gòu)承受的永久荷載；③改善地質(zhì)環(huán)境，注漿后漿液固結(jié)體封閉裂隙，可有效封堵地下空間的流體通道，阻止地下水進(jìn)入掘進(jìn)面造成涌水、涌砂。

（2）掘進(jìn)過程減摩注漿階段，材料為膨潤(rùn)土漿液。主要作用包括：①填充管節(jié)外壁間隙，以起到臨時(shí)支撐作用；②隔斷外部水源，降低土層滲透性能；③減少管節(jié)與地層的摩擦力，降低推進(jìn)阻力。

（3）隧道穩(wěn)固及洞門封堵注漿階段，材料為水泥+水玻璃。主要作用包括：①填充主隧道范圍的建筑空隙，穩(wěn)固主隧道及T型接頭周邊土體；②起到封堵洞門作用。

（4）應(yīng)急注漿階段，材料為聚氨酯或磷酸化學(xué)漿液。主要為施工過程中可能出現(xiàn)的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行應(yīng)急堵漏。

3.3.3 增設(shè)圓弧滑板

（1）增加圓弧滑板作為始發(fā)套筒防水的第1道加固屏障，一旦盾尾刷與橡膠簾布無法阻止地層中的水、砂進(jìn)入隧道，圓弧滑板可憑借其具有的剛性阻止和切斷始發(fā)套筒與地層之間的聯(lián)系通道，確保始發(fā)掘進(jìn)的安全。主機(jī)在始發(fā)套筒內(nèi)掘進(jìn)過程中需要足夠的空隙，以便主機(jī)向前移動(dòng)，圓弧滑板需具備移動(dòng)功能。

（2）用連接螺栓固定圓弧滑板安裝，在主機(jī)與套筒連接完成后復(fù)緊連接螺栓。一旦遇到突發(fā)情況，松開連接螺栓，用鐵錘打擊弧形鋼板直至圓弧滑板與主機(jī)或管節(jié)貼合緊密，并緊固連接螺栓（圖6）。

圖6 圓弧滑板密封及橡膠簾布安裝圖

3.3.4 增設(shè)橡膠簾布

增加橡膠簾布作為始發(fā)套筒防水的第2道屏障，在主機(jī)與始發(fā)套筒連接過程中，既要保證橡膠簾布不被破壞，又要保證橡膠簾布隨同主機(jī)一起進(jìn)入始發(fā)套筒內(nèi)部，并完全包裹住主機(jī)（圖7）。

圖7 防水組合示意圖

3.3.5 主隧道管片應(yīng)力監(jiān)測(cè)

富水粉砂層中掘進(jìn)除需面臨涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)外，還需面對(duì)推力大的問題。由于機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道頂管所需反力為主隧道提供，過大的推力可能會(huì)導(dǎo)致主隧道管片變形，縱向環(huán)縫增大，導(dǎo)致主隧道出現(xiàn)滲漏水情況。為監(jiān)測(cè)主隧道受力變化情況，在聯(lián)絡(luò)通道環(huán)梁兩側(cè)6環(huán)管片處增設(shè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，根據(jù)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整推力大小及渣土改良方式（圖8）。

圖8 主隧道應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.3.6 接收套筒填倉(cāng)材料比選

（1）接收套筒內(nèi)的填充物可提供一定水土壓力平衡，保證開挖面的穩(wěn)定性，同時(shí)防止掘進(jìn)機(jī)“栽頭”導(dǎo)致機(jī)體與套筒內(nèi)壁接觸。

（2）通過對(duì)不同填充材料進(jìn)行對(duì)比分析（表1），針對(duì)富水粉砂地層，選定M10砂漿作為接收套筒填充材料，其具有以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：砂漿購(gòu)買方便、運(yùn)輸方便；填充較為省力，節(jié)約人力成本；套筒能一次性填滿無需進(jìn)行二次填倉(cāng)；接收過程中不易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象，地表沉降控制較好。

表1 不同填充材料對(duì)比分析

3.4 機(jī)械法施工效果

杭海城際鐵路項(xiàng)目第1、第2標(biāo)項(xiàng)目4號(hào)、5號(hào)聯(lián)絡(luò)通道為礦山法施工，平均單條聯(lián)絡(luò)通道工期約72天（不含融沉注漿）。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)聯(lián)絡(luò)通道為機(jī)械法施工，3座聯(lián)絡(luò)通道下井組裝、推進(jìn)、接收、拆機(jī)吊出總耗時(shí)82天，平均單條聯(lián)絡(luò)通道耗時(shí)28天。相比礦山法，無需冷凍土體，全機(jī)械化施工，安全性好，施工效率高；管節(jié)拼裝成型，隧道質(zhì)量高，其誤差均在允許誤差范圍內(nèi)。地表最大沉降量為5 mm，對(duì)周邊環(huán)境影響小，無需進(jìn)行融沉注漿（平均工期3個(gè)月），3座聯(lián)絡(luò)通道工期可節(jié)約4.5個(gè)月。

城際鐵路機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道施工工藝具有施工工期短、成型結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、作業(yè)環(huán)境安全可控、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，獲得了業(yè)主、監(jiān)理以及其他單位的一致好評(píng)，取得了良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)論

（1）創(chuàng)新聯(lián)絡(luò)通道T型接頭設(shè)計(jì)。杭海城際鐵路聯(lián)絡(luò)通道主隧道管片采用全環(huán)混凝土管片，切削區(qū)域采用玻璃纖維筋管片，同時(shí)在主隧道管片外增加T型接頭，T型接頭為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。增加T型接頭后左右線主隧道管片里程偏差控制在±400 mm，可降低主隧道施工難度。在T型接頭范圍內(nèi)增加8個(gè)應(yīng)急注漿孔，增強(qiáng)了應(yīng)急堵漏能力。

（2）重疊注漿。通過重疊注漿，提高聯(lián)絡(luò)通道襯砌管片背后土層的密實(shí)度，降低了始發(fā)及接收洞門涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)。

（3）始發(fā)套筒在原有盾尾刷的情況下增設(shè)橡膠簾布+圓弧滑板，大大降低了始發(fā)洞門涌水涌沙風(fēng)險(xiǎn)。

（4）主隧道進(jìn)行管片自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。富水粉砂地層推力較大，推力大易造成管片開裂，導(dǎo)致隧道漏水。為監(jiān)測(cè)主隧道受力變化情況，在聯(lián)絡(luò)通道環(huán)梁兩側(cè)6環(huán)管片處增設(shè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，根據(jù)應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整推力大小及渣土改良方式。

（5）選定M10砂漿作為接收套筒填充材料，具有砂漿購(gòu)買方便、填充較為省力、套筒能一次性填滿無需進(jìn)行二次填倉(cāng)、接收過程中不易出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。

（6）通過采用改進(jìn)的機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)與接收技術(shù)，在地層無加固的情況下，成功地完成了富水粉砂地層機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)與接收，地表沉降控制良好。