黃海峰
(中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司 廣東深圳 518083)
花崗巖殘積土地層,遇水易軟化崩解,韌性及干強(qiáng)度低,如何做好該地層的隔水加固措施;選擇哪種開(kāi)倉(cāng)方式將盾構(gòu)機(jī)開(kāi)倉(cāng)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低,是在大埋深花崗巖殘積土地層中盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)換刀的難點(diǎn)。
廣州地鐵二十一號(hào)線天河智慧城站~神舟路站區(qū)間隧道采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工,施工過(guò)程中需在花崗巖殘積土地層中開(kāi)倉(cāng)更換刀具,地質(zhì)情況從上到下依次為,人工填土約、中粗砂層、淤泥質(zhì)土層、砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層,隧道洞身及拱頂以上10m均為花崗巖殘積土地層,隧道埋深約36.2m;開(kāi)倉(cāng)位置水位線距隧道頂約33m,開(kāi)倉(cāng)壓力大于3.5bar,壓力超過(guò)人體適應(yīng)能力,需對(duì)地面進(jìn)行加固處理,將水土壓力減至人體能適應(yīng)的程度。
為保證盾構(gòu)機(jī)在花崗巖殘積土地層中開(kāi)倉(cāng)換刀的安全順利,需對(duì)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)倉(cāng)位置進(jìn)行加固處理;綜合考慮造價(jià)及工期,一般采用φ48@1m×1m(根據(jù)抽芯情況,進(jìn)行局部調(diào)整)梅花形布置的袖閥管進(jìn)行加固。
加固體長(zhǎng)度4m,寬度8m;鉆孔深度:盾體及刀盤(pán)上方為地面至拱頂以上0.5m,刀盤(pán)前方地面至隧道底部,加固體的平面布置,如圖1所示。
圖1 加固體布孔及與盾構(gòu)機(jī)的平面
花崗巖殘積土地層進(jìn)行注漿加固,首先需要解決地下水的問(wèn)題,然后再考慮對(duì)地層進(jìn)行加固。由于磷酸水玻璃化學(xué)漿具有高滲透性,因此加固體首先注磷酸水玻璃化學(xué)漿,進(jìn)行止水,防止地下水將漿液帶走;由于磷酸水玻璃化學(xué)漿基本沒(méi)有強(qiáng)度,所以還需采用水泥水玻璃雙液漿對(duì)地層進(jìn)行加固;因此花崗巖殘積土地層地面加固,采用袖閥管成孔,注入磷酸水玻璃+水泥水玻璃的綜合注漿法。
磷酸水玻璃化學(xué)漿配合比:磷酸:水玻璃=1(1:13):2(1:1.5),此配合比是磷酸水玻璃結(jié)晶體的最佳狀態(tài),凝結(jié)時(shí)間15s左右,注漿壓力1.5~2.5MPa;磷酸為弱酸,85%磷酸,水玻璃為 39°Bé。
在磷酸水玻璃兩側(cè)孔位的基礎(chǔ)上,插空布置φ48@1m×1m;注漿漿液采用水泥、水玻璃雙液漿,水泥采用42.5級(jí)普通水泥;水玻璃采用39°Bé,用水1∶1進(jìn)行稀釋;水泥漿與水玻璃體積比=1:1,注漿壓力2.5~3.0MPa。
為了確保加固體的質(zhì)量,在加固體施工完成后,設(shè)置4個(gè)抽芯孔,檢驗(yàn)加固體的固結(jié)情況(固結(jié)情況不好,對(duì)原孔位進(jìn)行加密),抽芯后采用袖閥管注水泥水玻璃雙液漿封孔,注漿壓力2.0~2.5MPa。
圖2 加固體抽芯效果
(1)盾構(gòu)到達(dá)開(kāi)倉(cāng)位置前,往土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土等,對(duì)渣土進(jìn)行改良。
(2)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),鉸接油缸不能形成夾角。盾尾偏差不能過(guò)大。盾尾處若發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行油脂補(bǔ)充,進(jìn)行封堵。
(3)盾構(gòu)到達(dá)開(kāi)倉(cāng)位置前,同步注漿保證四根注漿管同時(shí)注入,采用注漿量控制。
(4)盾構(gòu)各保壓系統(tǒng)確保運(yùn)行正常,且必須處于待命狀態(tài):氣閘系統(tǒng),低壓空氣系統(tǒng),所有要求的注漿口、排漿口必須處于工作狀態(tài)。
(1)管片環(huán)向封堵:盾構(gòu)停止掘進(jìn),刀盤(pán)停止旋轉(zhuǎn),對(duì)脫出盾尾連續(xù)4環(huán)管片手孔注入水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行環(huán)向封堵,注漿順序?yàn)橄鹊撞吭賰蓚?cè),最后頂部,注漿孔位要間隔錯(cuò)開(kāi)。確保管片壁后空隙填充密實(shí),無(wú)流水涌入刀盤(pán);水泥水玻璃雙液漿配比為水泥漿(水泥:水):水玻璃溶液(水玻璃:水)=3(1:1):1(1:1),注漿采用壓力控制,壓力控制 0.5MPa以內(nèi)。
(2)盾構(gòu)機(jī)徑向孔注漿:盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至停機(jī)位置后,通過(guò)中前盾的徑向孔注入磷酸水玻璃,配比為磷酸溶液(磷酸:水):水玻璃溶液(水玻璃:水)=1(1:13):3(1:1),凝結(jié)時(shí)間約 15s左右,注漿采用壓力控制,壓力控制0.5MPa以內(nèi)。
(3)壓力設(shè)定:盾構(gòu)停機(jī)時(shí),土倉(cāng)內(nèi)渣土不再向前推擠,土倉(cāng)內(nèi)土體相對(duì)前方土體靜止不動(dòng)即位移為零時(shí),開(kāi)挖面土體處于彈性平衡狀態(tài),此時(shí)開(kāi)挖面前方的土體對(duì)土倉(cāng)內(nèi)的土體產(chǎn)生靜止土壓力;根據(jù)各層土的厚度、天然容重與靜止土壓力系數(shù),計(jì)算的靜止土壓力P土=3.4bar,根據(jù)廣州的地質(zhì)情況,要確保帶壓開(kāi)倉(cāng)的安全,壓力在計(jì)算的基礎(chǔ)上增加0.2bar,壓力達(dá)到3.6bar>3.5bar,壓力超過(guò)人體適應(yīng)能力;在地面進(jìn)行加固后,壓力保持在2.8~2.9bar,開(kāi)倉(cāng)30多次掌子面及拱頂穩(wěn)定,無(wú)地下水滲入。
(4)土倉(cāng)出渣:旋轉(zhuǎn)螺旋輸送機(jī),通過(guò)土倉(cāng)體積計(jì)算渣土方量,先將土倉(cāng)內(nèi)碴土排出1/3,停機(jī)30min觀察土倉(cāng)的氣壓及地表沉降情況,如果壓力穩(wěn)定(加氣量正常),地表無(wú)沉降和氣體泄露,繼續(xù)再將土倉(cāng)內(nèi)渣土出至刀盤(pán)1/2的位置,再次停機(jī)30min觀察土倉(cāng)和地表變化情況,在此過(guò)程中應(yīng)注意保壓系統(tǒng)氣壓補(bǔ)充能力是否能與出碴同步。
(5)保壓實(shí)驗(yàn):在土倉(cāng)渣土排出至規(guī)定值后,進(jìn)行帶壓進(jìn)倉(cāng)前土倉(cāng)和人倉(cāng)保壓實(shí)驗(yàn)。在人倉(cāng)測(cè)試時(shí)間壓力的同時(shí),觀察土倉(cāng)壓力密封效果(主要檢查袖閥管的封堵情況),當(dāng)所有系統(tǒng)及參數(shù)檢測(cè)正常后,將進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)步驟。
磷酸水玻璃漿液的高滲透性,提高了水泥水玻璃漿液在花崗巖殘積土地層的加固效果,降低了大埋深花崗巖殘積土地層開(kāi)倉(cāng)的壓力及風(fēng)險(xiǎn),解決了盾構(gòu)機(jī)在此地層中開(kāi)倉(cāng)的難題,保證施工安全的同時(shí),降低了造價(jià),提高了工作效率。