成都漂卵石地層盾構(gòu)掘進土倉殘留大漂石清除技術(shù)

李宏達/LI Hong-da

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100023)

盾構(gòu)法施工因環(huán)保、高效、自動化程度高等優(yōu)點已成為城市軌道交通建設施工首選方式，施工前期會對盾構(gòu)整機進行適應性與可靠性評估，刀盤開口率、刀具的選擇直接影響后續(xù)盾構(gòu)施工[2～4]。在漂卵石地層，如果開口率過大，刀具又不能很好地破碎開挖面漂卵石，就會出現(xiàn)漂石進入土倉或刀盤開口被卡死的情況并產(chǎn)生一系列連鎖反應：刀盤變形、扭矩增大、掘進參數(shù)異常、掘進速度變慢、卡螺旋機、主軸承受損等嚴重后果[5～6]。

1 工程概況

成都地鐵6 號線土建2 標項目包含三站四區(qū)間，區(qū)間采用土壓平衡盾構(gòu)法施工，總長約3 285m。區(qū)間最大覆土約17m，最小覆土約10m，線路最大曲線半徑3 000m，最小曲線半徑450m，最小坡度4.812‰，最大坡度25.0‰。該工程位于成都市郫都區(qū)，屬四川盆地西平原區(qū)，具有川西壩區(qū)的典型特點，工程所經(jīng)全斷面富水漂卵石地層，卵石粒徑2～20cm 約占60%～70%，卵石粒徑大于30cm 約占26%，最大粒徑達100cm，區(qū)間水位2～6m，靜水壓1bar 左右。

2 土倉殘留大漂石清除技術(shù)

2.1 開倉取石位置選擇

最初盾構(gòu)施工時，盾構(gòu)每掘進50～60 環(huán)，均會出現(xiàn)不同程度的卡刀盤，挖進超過60 環(huán)盾構(gòu)刀盤便會卡死。因此，在結(jié)合地層和盾構(gòu)施工特點對沿線地質(zhì)補勘后，擬定盾構(gòu)掘進每隔40～60m進行一次開倉取石，減少刀盤受卡，保證盾構(gòu)掘進連續(xù)性。在參數(shù)異常情況下臨時開倉位置選擇應滿足：降水深度達到隧道底以下2m；地層環(huán)境較好（中、密實砂卵石）；地面環(huán)境較好（地處空曠、無建構(gòu)筑物、無管線）。

具體開倉取石施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 開倉取石施工工藝流程圖

2.2 開倉前準備工作

1）施工降水井 根據(jù)現(xiàn)地質(zhì)資料顯示，該工程的地下水主要為賦存于中密砂卵石地層中的孔隙水，滲透系數(shù)在20～23m/d。根據(jù)暗挖施工的特殊要求，通過降水及時疏干開挖范圍內(nèi)土層的地下水，使其壓縮固結(jié)，提高土層的水平抗力，防止開挖面垮塌，并保證了開倉取石過程中的無水施工作業(yè)。

2）污水管封堵抽排 盾構(gòu)區(qū)間有905m 下穿DN800 污水管，埋深4.5～8.5m，為保障開倉位置的安全，在開倉前后采用水下砌磚封堵的方法，對污水管進行提前封堵，抽排污水。

3）開倉前土體加固 盾構(gòu)開倉作業(yè)存在極大的安全風險，在掌子面土體不穩(wěn)定的情況下，對刀盤前土體進行旋挖素樁和袖閥管注漿加固。①素樁加固：區(qū)間線路上預定開倉取石位置，采用混凝土素樁在刀盤正前方連成一排密排樁，形成一堵保護墻，素樁打至開倉位置隧道底以下3m，樁頂升至地面以下0.5m；②袖閥管注漿加固：在盾構(gòu)預定停機開倉取石位置進行地面袖閥管注漿加固，袖閥管埋設至開倉位置隧道底以下3m，加固范圍為地面以下至隧道底3m。

2.3 常壓開倉施工[8～10]

1）開倉準備 對出渣及地質(zhì)情況進行分析，估計砂卵石地層漂石含量，同時結(jié)合實際地質(zhì)及盾構(gòu)遇到的問題，提前將開倉取石物資、設備等準備到位。

2）出渣降壓 開倉前將土倉內(nèi)的渣土盡量出空，并在出土過程中觀察土倉的壓力變化，及時判斷土體自穩(wěn)性。在確保土體穩(wěn)定下，由盾構(gòu)司機通過螺旋輸送機輸出土倉內(nèi)渣土，直至倉內(nèi)殘留渣土至人倉門底部以下，停止出渣。

3）開倉前準備 使用空氣檢測儀對土倉內(nèi)氣體檢測合格后，利用泡沫系統(tǒng)管路向土倉內(nèi)送、排氣體，凈化倉內(nèi)空氣。再次確認土倉壓力、水位情況、空氣質(zhì)量，全部合格后方可打開倉門。

4）倉內(nèi)通風 倉門打開后，加強倉內(nèi)通風，確認安全后方可進倉。進倉后，停止泡沫系統(tǒng)壓風，引入風管通風，確保漂石處理全過程通風連續(xù)。

2.4 大漂石清除

1）漂石清除 根據(jù)土倉內(nèi)及掌子面的卵石及渣土檢查情況，用鐵鍬或洋鎬，將螺旋機未能排出土倉的渣土裝袋運至土倉外清理。同時核實大粒徑卵石在土倉內(nèi)的分布情況，人工搬運或采用葫蘆配合吊帶、兜網(wǎng)等材料工具將漂石運輸至土倉外。

2）注意事項 在卵石從土倉內(nèi)搬運至土倉外、運至地面整個過程中，應保證吊具、鋼絲繩、吊帶等質(zhì)量，防止突然斷裂而造成的卵石跌落、人身傷害和設備損壞；合理選擇吊裝方法和吊點位置，尤其禁止設置推進油缸、鉸接油缸活塞桿為吊點；卵石吊運過程需小心謹慎，不得觸碰各類儀表、電子儀器、油缸活塞桿等易損敏感部件。

2.5 土倉門關(guān)閉、復推

取石完畢后，檢查土倉環(huán)境，清點作業(yè)工具，確保無遺漏后關(guān)閉倉門。

開倉取石完成后，向土倉內(nèi)注入40m3（每方泥漿配合比為：砂子∶粉煤灰∶膨潤土∶水=600kg∶550kg∶160kg∶500kg）高濃度惰性泥漿重新建立土壓后再復推。待地表監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，對降水井采用C20 混凝土回填至地面以下0.2m，對加固區(qū)銑刨至地面以下0.2m，對以上區(qū)域鋪設瀝青恢復路面，撤離開倉區(qū)域施工圍擋，恢復交通。

3 應用效果

成都地鐵6 號線土建2 標項目在最初盾構(gòu)區(qū)間施工時，盾構(gòu)每掘進50～60 環(huán)，便會出現(xiàn)不同程度的卡刀盤，而超過60 環(huán)時盾構(gòu)刀盤便會卡死。若被動開倉取石，工期將延誤10～15 天。

通過采用漂卵石地層土倉殘留大漂石清除技術(shù)，設置每60 環(huán)為一處開倉點并提前做好開倉準備，盾構(gòu)掘進到設定里程后直接開倉作業(yè)。通過主動開倉取石，望叢祠站-和平街站盾構(gòu)區(qū)間雙線，從始發(fā)到接收歷時142 天，比預定工期提前30 天完成。與此同時，望叢祠站-和平街站區(qū)間左線，創(chuàng)造了成都富水漂石地層最快月掘進350m的掘進記錄；郫筒站-蜀新大道站區(qū)間右線，實現(xiàn)了成都富水漂石地層盾構(gòu)日掘進33m，月掘進412.5m 的最快紀錄。

4 結(jié)語

漂卵石地層殘留大漂石主動開倉清除技術(shù)，可以實現(xiàn)漂卵石地層盾構(gòu)掘進土倉環(huán)境的徹底清理，防止刀盤和螺旋機卡死、土倉積倉等情況的發(fā)生，在確保施工安全的同時為盾構(gòu)順利連續(xù)掘進提供有效保證。