富水砂層盾構(gòu)端頭接收風(fēng)險控制技術(shù)研究

陳建

摘 要：保證盾構(gòu)機(jī)在富水砂性地層端頭的順利接收是地鐵隧道順利掘進(jìn)的關(guān)鍵，文章從標(biāo)段端頭接收風(fēng)險出發(fā)，研究從地表、盾構(gòu)徑向孔注、管片壁后AB型雙組分聚氨酯，增加泄壓孔等方法保證盾構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境下的順利接收，為類似工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地鐵;富水砂層;洞門接收;密封

文章編號：2095-4085（2020）10-0074-02

1 工程概況

中央商務(wù)區(qū)站～海霞路站區(qū)間出中央商務(wù)區(qū)站后沿崇川路向東，至進(jìn)入海霞路站。區(qū)間隧道上行線（南側(cè)）起止里程為，長鏈一處，上行線長度599.730m。下行線（北側(cè)）起止里程為，下行線長度597.300m。區(qū)間左（下行）、右（上行）線均含2個平面曲線，曲線半徑分別為700m，800m。本區(qū)間未設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間線路縱坡接近直線，線路最大坡度4‰，最小坡度2‰。隧道埋深約13.9m～15.7m。主要穿越粉砂夾砂質(zhì)粉土地層。

2 盾構(gòu)接收風(fēng)險

中央商務(wù)區(qū)站～海霞路站區(qū)間屬高富水砂性地層，施工風(fēng)險主要集中在盾構(gòu)進(jìn)出洞施工階段，在此地質(zhì)條件下到達(dá)施工階段易發(fā)生端頭沉降、洞門涌水涌砂、端頭坍塌等施工風(fēng)險。為降低再次地層中到達(dá)出洞風(fēng)險，提高地層自穩(wěn)性，防止開挖面坍塌及地面沉降，減小盾構(gòu)到達(dá)時涌水、涌砂風(fēng)險，盾構(gòu)到達(dá)前對到達(dá)端頭提前進(jìn)行了加固處理。但在實(shí)際施工中如果端頭加固效果不佳，盾構(gòu)到達(dá)接收端頭后破除洞門時洞門會有大量的地下水噴出，給盾構(gòu)安全快速到達(dá)接收造成極高的安全隱患。

3 風(fēng)險控制措施

3.1 預(yù)埋管路深孔注AB型雙組份聚氨酯

洞門破除前，在距地連墻3m的地面，用注漿鉆機(jī)在盾構(gòu)機(jī)盾體上方2，10，3，9點(diǎn)位對應(yīng)的位置打孔，每個孔鉆至距盾構(gòu)機(jī)刀盤10cm。鉆孔完成后在地面用1.1t齒輪泵注A組份聚氨酯、5t齒輪泵注B組份聚氨酯，對盾構(gòu)機(jī)刀盤外的水流通道進(jìn)行封堵。注AB型雙組份聚氨酯的兩根管子需預(yù)埋至鉆孔底部，兩根管子在地面上各設(shè)置一道止回閥，兩根管在地下鉆孔底部于匯合管路處向連，匯合管路長度為30cm，避免匯合管路過長注AB型雙組分聚氨酯堵管，雙組份聚氨酯配合比A ∶B=1 ∶5，反應(yīng)時間為1min（圖1）。

3.2 WSS深孔注漿

洞門破除前，先將盾構(gòu)機(jī)土倉內(nèi)填滿惰性漿液，然后在距地連墻1.2m的地面，注漿鉆機(jī)在盾構(gòu)機(jī)盾體上方2，10，3，9點(diǎn)位對應(yīng)的位置打孔，每個孔鉆至距盾構(gòu)機(jī)盾體10cm。洞門破除前將雙液注漿泵的兩個吸漿管分別放入水泥漿和水玻璃桶內(nèi)，通過鉆機(jī)動力頭上部的雙液水龍頭、雙通道主軸、雙層鉆桿、孔底混合器、鉆頭進(jìn)入孔內(nèi)，雙液漿在孔底混合器處混合。漿液初凝時間小于20s，此時雙液漿會在鉆頭附近形成一個密封帶，防止?jié){液返流至地面，由于土倉內(nèi)提前注滿了厚漿，漿液得以在盾構(gòu)機(jī)盾體周圍擴(kuò)散堵住流水通道，注漿時鉆桿保持旋轉(zhuǎn)。

3.3 盾構(gòu)機(jī)徑向孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯

由于刀盤開挖直徑比盾構(gòu)機(jī)盾體直徑大，為減少土倉內(nèi)水的來源，在洞門破除前往盾構(gòu)機(jī)徑向孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯，從而起到對盾體與圍巖間的水流和部分裂隙水進(jìn)行控制的目的。在盾構(gòu)機(jī)中盾和盾尾徑向孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯同時，安排人在土倉里觀察倉內(nèi)水流情況，對流水對應(yīng)的徑向孔加注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯，阻斷盾體周邊水源。

3.4 管片壁后注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯、雙液漿（圖2，3）

在高水壓富水砂層中盾構(gòu)出洞時，土倉里的水除了來自盾體周圍圍巖間外，大多數(shù)來自盾尾后方管片壁后的流水通道。為了徹底阻斷盾尾后方來水，在盾尾后第2環(huán)后每隔一環(huán)開孔注雙液漿做止水環(huán)箍，注雙液漿之前在脫出盾尾1-2環(huán)管片開孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯，防止雙液漿流向盾體周邊包裹盾體。止水環(huán)箍做完后通過在止水環(huán)箍前方開孔觀察的方式對止水效果進(jìn)行驗(yàn)證，用鋼釬打孔至管片壁后1m，孔內(nèi)無泥水流出說明止水環(huán)箍效果顯著，確保止水措施有效后方可進(jìn)行下步施工。

3.5 側(cè)墻增設(shè)泄壓孔（圖4）

接收端止水帷范圍內(nèi)布置有6口降水井及2口觀測井，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時一直利用降水井對端頭進(jìn)行降水，但實(shí)際降水效果并不明顯。為確保端頭水位在隧道底部以下，以防到達(dá)過程中地下水位過高引起土體坍塌。在洞門5點(diǎn)和7點(diǎn)的側(cè)墻上打泄壓孔引流地連墻和車站主體維護(hù)結(jié)構(gòu)夾縫的水源。

3.6 分兩次破除洞門

洞門破除前在洞門上米字形開9個觀察孔，觀察是否有滲水現(xiàn)象，達(dá)到自穩(wěn)性等技術(shù)指標(biāo)，全部指標(biāo)滿足施工規(guī)范要求，再進(jìn)行洞門鑿除。地連墻設(shè)計(jì)厚度為80cm，為防止洞門完全破除后土體失穩(wěn)危及車站及隧道安全，洞門破除過程中先破除50cm厚度，完成后再破除剩余30cm，減少洞門掌子面暴露時間。

3.7 洞門鋼圈內(nèi)焊止水鋼板（圖7）

由于端頭井洞門鋼圈直徑與盾構(gòu)外徑存有一定的間隙，盾構(gòu)出洞前，為了縮小盾殼與洞圈的間隙、便于塞填海綿條以防止盾構(gòu)出洞時洞門鋼圈產(chǎn)生漏水、漏泥等問題，在洞門鋼圈內(nèi)焊2道5mm厚18cm高的弧形彈性鋼板，洞門鋼圈內(nèi)弧形彈性鋼板焊接成完整兩圈間隔為10cm，弧形鋼板以10cm間距開縫，縫深10cm。兩圈弧形鋼板之間填充180mm×100mm高密度海綿條。

4 結(jié) 語

通過采用預(yù)埋管路深孔注AB型雙組份聚氨酯施工、wss深孔注漿、盾構(gòu)機(jī)徑向孔注高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯、洞內(nèi)管片注雙液漿和高性能優(yōu)質(zhì)聚氨酯、側(cè)墻增設(shè)泄壓孔、洞門鋼圈內(nèi)焊雙道止水鋼板等施工工藝相結(jié)合，地面與隧道內(nèi)相協(xié)調(diào)的立體施工法，在盾構(gòu)接收端頭加固效果不理想的情況下，多措并舉有效切斷盾體周邊和盾構(gòu)機(jī)后方來水，規(guī)避了在端頭加固失效的情況下盾構(gòu)機(jī)在高水壓富水砂層中到達(dá)接收時的巨大風(fēng)險，避免了在此高風(fēng)險點(diǎn)造成毀滅性安全事故的可能性，盾構(gòu)機(jī)安全、有序的到達(dá)接收，保障了工期，也為后續(xù)的快速施工的打下了夯實(shí)的安全基礎(chǔ)。