富水易液化砂層盾構(gòu)始發(fā)施工工藝

董雪峰

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司）

1 工程概況

天津地下直徑線作為連接天津鐵路樞紐天津站～天津西站的聯(lián)絡(luò)線，全長5.00548km。海河隧道利用單洞雙線的形式，長約3.28263km，采取明挖法、盾構(gòu)法進行施工?，F(xiàn)場勘察資料顯示，隧道穿越的土層以黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粉土、粉砂及細(xì)砂為主，地下水位較高，水文條件欠佳。

2 盾構(gòu)施工工藝

2.1 始發(fā)端頭井加固

始發(fā)端頭地層主要為粉質(zhì)黏土、粉砂層，結(jié)合地層情況、水文條件以及周邊環(huán)境，決定利用樁徑為850mm的三軸攪拌樁和樁徑為600mm 的雙液高壓旋噴樁對區(qū)間端頭進行加固。前者樁徑850mm，咬合250mm，寬度至圍護結(jié)構(gòu)500mm，長度1200cm，深度范圍為洞門圈向上300cm、向下300cm，加固區(qū)水泥摻量要達到20%，地面加固區(qū)水泥摻量減少至7%即可；后者需兩排且內(nèi)排和圍護之間相切，間距450mm，樁深達2000cm。

將原本加固體和圍護接縫所需的三重管高壓旋噴樁替換成單重管雙液高壓旋噴樁，以防止加固區(qū)因為地下暗流的影響出現(xiàn)質(zhì)量問題。為保證盾構(gòu)安全順利進行，并且保證加固效果，需降低漿液凝結(jié)時間[1]。

針對富水砂層地層，一般會采用雙液高壓旋噴樁來提升加固效果，而且已經(jīng)在福州地鐵項目中充分展現(xiàn)了其優(yōu)勢。該工藝相較于單重管高壓旋噴工藝有以下不同：水玻璃的噴射次數(shù)增加一次，需在引孔之后準(zhǔn)備好旋噴樁鉆機，等到達樁底后即可在30MPa 的噴射壓力、1：1 的水灰比下以12～15㎝/min 的速度進行旋噴提升噴漿。在完成該工序和提起鉆桿之后，先完成清洗工作，再下鉆到樁底后以30～40 濃度的水玻璃、15MPa 的噴射壓力、1：1 的水泥漿水玻璃比、5㎝/min 的速度進行水玻璃噴射。在水玻璃溢出時，為避免水玻璃出現(xiàn)凝固和鉆桿抱死，需要漸漸加速最終提起鉆桿。加固設(shè)計見圖1。

圖1 加固區(qū)設(shè)計圖

2.2 洞門密封

建壓完成后進行泥水盾構(gòu)掘進，并利用洞門鋼套（400m）來配合傳統(tǒng)簾布橡膠和折頁板。同時將2 道盾尾刷焊接于鋼套和洞門鋼環(huán)中，再埋入注脂管。為了保證洞門具有更好的密封性，可以在開始時利用盾尾油脂泵添加盾尾油脂。洞門密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

安裝好洞門密封裝置后，將盾尾油脂涂抹于2 道盾尾刷上。為防止推進過程中出現(xiàn)雜物落入洞門盾尾刷，對洞門的密封性產(chǎn)生影響，必須做好清理工作之后才能開始盾構(gòu)始發(fā)工作。撐子面和刀盤接觸后，可以利用盾尾油脂泵將油脂灌到洞門盾尾刷內(nèi)，直到油脂腔被油脂填滿后才進行泥水建壓，最后進行固體掘進的工序。

圖2 洞門密封結(jié)構(gòu)示意圖

掘進時油脂會出現(xiàn)部分損失的現(xiàn)象，這主要是因為盾構(gòu)機和洞門鋼環(huán)之間的相對運動對洞門密封性產(chǎn)生了消極作用，為了充分發(fā)揮洞門盾尾刷的密封性能，盾尾油脂的填入要具有持續(xù)性。

3 封洞門施工

3.1 環(huán)形鋼板的焊接

在進行盾構(gòu)始發(fā)前，需準(zhǔn)備一環(huán)管片背部預(yù)埋鋼管的管片，并將寬1000mm、厚10mm 的鋼板放置在管片背部中間，提前依據(jù)始發(fā)井長度對負(fù)環(huán)排列。舉例來說，天津站～天津西站的聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)段共有9 環(huán)負(fù)環(huán)，0 環(huán)環(huán)寬600mm 且相切于洞門鋼套。利用10mm 厚、450mm 環(huán)寬的環(huán)形鋼板對封洞門進行施工。

在盾構(gòu)機推進到盾尾止?jié){板相切于洞門鋼套，加固體長達12m，刀盤深入加固體到8.79mm 后封洞門。此工序需要先拆除折頁板、洞門簾布，之后利用環(huán)形鋼板對洞門鋼套和管片以滿焊的方式進行焊接。在完成上述工序后，在洞門鋼套和管片之間將有一個密封腔，且在滿焊之后鋼板強度會有所增加。

3.2 洞門同步注漿

在焊接好洞門鋼套環(huán)形鋼板后進行盾構(gòu)掘進工作，在+5 環(huán)掘進過程中，盾構(gòu)機刀盤離加固體還有1.5m 時注漿，利用盾構(gòu)機自身攜帶的注漿機且同步進行，如圖3 所示。共有4 根注漿管放置在盾尾左上、右上、右下、左下四個方向。此時盾構(gòu)機盾尾和洞門鋼套距離較近，約1.7m，應(yīng)將注漿壓力、速度控制在合理范圍內(nèi)，避免洞門鋼套環(huán)形鋼板出現(xiàn)變形、漏漿，最終影響密封性[2]。

圖3 同步注漿示意圖

本區(qū)間富水砂層具有特殊性，本同步注漿漿液配合比的試驗根據(jù)上海、南京、廣州、蘭州等城市的經(jīng)驗進行改進。根據(jù)試驗，如果水泥含量超過200kg/m3，不僅強度會增加，而且可以縮短漿液初凝時間。此時的漿液自身和易性、可泵性較好，體積會因為凝固而減小，符合填充管片壁仍有空隙的要求。

3.3 二次注漿補強

等到工程進展到+10 環(huán)之后開始2 次注漿封堵工作。此時需要用到水泥水玻璃雙液漿，要求水灰比1：1，水泥漿：水玻璃為1：1。注漿量一般保持在0.2～1m3，可以依實際情況調(diào)整。注漿大概在+1～+3 環(huán)之間，采取跳孔注漿的方式，直至產(chǎn)生止水環(huán)。

3.4 始發(fā)段盾構(gòu)掘進

盾構(gòu)施工中最為關(guān)鍵的一步是盾構(gòu)始發(fā)段的掘進工序，此工序分為兩階段進行。首先是加固體內(nèi)掘進，其次是出加固體至正常地層掘進。該工序所用到的泥水盾構(gòu)不同于土壓盾構(gòu)，主要原因是泥漿質(zhì)量是保證施工質(zhì)量的前提。當(dāng)開挖加固地層時經(jīng)常會碰到又硬又大的渣塊，此時為了渣土置換順利進行，需要準(zhǔn)備好破碎機時刻進行破碎處理。一般來說，泥漿粘度為32s、鵬潤土泥漿比重為1.15～1.25g/cm3時能快速成膜且具備較高的流塑性、挾渣能力增強。以泥漿循環(huán)方式為標(biāo)準(zhǔn)劃分泥水盾構(gòu)可分為正循環(huán)和逆洗兩種。正循環(huán)模式應(yīng)用較廣泛，此模式一般是泥漿從進漿管進、排漿管出的正常順序，而逆襲泥漿循環(huán)模式常用于富水層砂的地質(zhì)，此時需要監(jiān)控盾構(gòu)機加固過程中可能出現(xiàn)的周邊建筑、管線的變化，避免盾構(gòu)掘進發(fā)生意外[3]。

逆洗模式掘進具有下列優(yōu)點：①可以精準(zhǔn)控制掘進中開挖的土方量；②不會出現(xiàn)超挖；③減小地表沉降的概率。該模式又有下列缺點：在漿液自排漿管從進漿管排出時會攜帶較多渣土，但是進漿管在排漿管的上方且直徑小于排漿管的管徑，同時渣土在離析后容易出現(xiàn)沉淀。如果掘進時泥水倉內(nèi)部出現(xiàn)大量渣土，會出現(xiàn)堵倉、結(jié)泥餅的情況，最終導(dǎo)致泥漿無法實現(xiàn)正循環(huán)、渣土無法置換。對此，結(jié)合福州地鐵相關(guān)工程經(jīng)驗，當(dāng)利用逆洗模式時，為了讓沉淀量保持較低值，需要每完成20～30cm 的掘進后停機進行泥漿正循環(huán)，當(dāng)渣土減少后再運用逆洗模式。當(dāng)1 環(huán)掘進號后循環(huán)使用兩種模式，以便泥水倉中的渣土順利置換。

4 結(jié)束語

在富水砂層應(yīng)用泥水盾構(gòu)始發(fā)工藝，施工時，需要時刻監(jiān)測現(xiàn)有的地鐵結(jié)構(gòu)，分析、總結(jié)所獲取的數(shù)據(jù)。為了避免既有地鐵隧道風(fēng)險源，應(yīng)利用多項控制措施，保證頂進開挖引發(fā)現(xiàn)有地鐵隧道發(fā)生的變形量在合理范圍內(nèi)。