盾構(gòu)近接地鐵隧道渡線段洞內(nèi)接收加固技術(shù)*

黃和平

(深圳鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

當(dāng)?shù)罔F隧道設(shè)置渡線段時(shí)，為滿足限界及過渡需求，渡線段常采用大斷面礦山法施工。當(dāng)盾構(gòu)由大里程掘進(jìn)至礦山法斷面時(shí)，需在隧道內(nèi)進(jìn)行洞內(nèi)接收。采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)洞內(nèi)接收施工技術(shù)時(shí)，往往需通過接收端注漿加固、初期支護(hù)錨噴面加固及加強(qiáng)盾構(gòu)施工參數(shù)控制等措施保證接收側(cè)端墻穩(wěn)定[1-3]。在礦山法隧道中進(jìn)行盾構(gòu)接收時(shí)，還需考慮施工對邊側(cè)渡線段擾動的影響。

在隧道近接施工方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了較全面、廣泛的研究，如Ghaboussi等[4]、譚信榮等[5]和陳先國等[6]通過數(shù)值模擬分析，對鄰近隧道開挖順序、間距、工法等因素進(jìn)行了研究，得到不同工況下近接施工對隧道及地層變形的影響；Adachi等[7]采用模型試驗(yàn)研究了隧道埋深、間距對小凈距隧道相互作用的影響，并分析了相鄰隧道不在同一水平面上的情況；Yamaguchi等[8]通過對4條鄰近地鐵隧道建設(shè)過程進(jìn)行監(jiān)測，得到了大量實(shí)測數(shù)據(jù)，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了隧道間的相互作用機(jī)理、地基土壤特性及隧道施工對地表沉降的影響；仇文革[9]較全面地研究了地下工程近接施工問題，對影響形式、力學(xué)特征、影響范圍、影響程度等進(jìn)行了深入研究，提出了應(yīng)對措施，并評價(jià)了各項(xiàng)措施有效性、合理性及經(jīng)濟(jì)性。

國內(nèi)針對近接施工加固的案例分析較多，如孟慶軍等[10]針對盾構(gòu)法與淺埋暗挖法隧道并行近接施工，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了隔離樁+地表注漿+洞內(nèi)二次注漿等措施加固效果；劉曉敏等[11]依托某公路隧道工程，結(jié)合實(shí)際施工情況，提出了包括減振爆破、注漿加固等工藝在內(nèi)的極小近距隧道后行洞施工技術(shù)，保證了先行洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不被破壞，并保證隧道夾持土體整體穩(wěn)定性；李俊杰[12]以新建隧道近接既有隧道施工為背景，提出了既有隧道注漿加固土體等施工工藝，并根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，說明不恰當(dāng)注漿加固參數(shù)對未開挖地層的影響。

深圳地鐵6號線通新嶺站—科學(xué)館站區(qū)間隧道工程施工方法具有一定創(chuàng)新性，盾構(gòu)在洞內(nèi)接收的同時(shí)近接地鐵隧道渡線段，需同時(shí)保證接收端穩(wěn)定性與近接隧道渡線段不受較大擾動。為此，實(shí)際施工過程中采取了多種加固措施，本文對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 工程概況

當(dāng)站前隧道渡線段采用大斷面礦山法施工時(shí)，通常施工出入口僅設(shè)置1個(gè)臨時(shí)豎井及橫通道，且橫通道空間狹小。隧道施工時(shí)需通過臨時(shí)豎井及橫通道進(jìn)行開挖并施工二次襯砌。施工時(shí)將面臨開挖斷面漸變、擴(kuò)挖、反掏等施工難題。為解決上述施工難題，深圳地鐵6號線通新嶺站—科學(xué)館站區(qū)間隧道工程站前隧道渡線段采用礦山法施工，設(shè)計(jì)3類襯砌斷面(A1，A2，A4斷面)，如圖1所示。A4斷面設(shè)計(jì)長度為17.50m，凈空尺寸為5.20m×5.47m(寬×高)，二次襯砌厚0.3m，采用擴(kuò)挖方式開挖，在盾構(gòu)接收端形成變截面結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)與盾構(gòu)區(qū)間最小凈距僅0.93m。

圖1 隧道渡線段平面

2 施工工藝流程

隧道渡線段施工工藝流程為：①工序1 開挖并支護(hù)臨時(shí)橫通道，施作橫通道二次襯砌，開挖并支護(hù)右線A1，A2斷面(見圖2a)；②工序2 向大里程方向開挖并支護(hù)左線(見圖2b)；③工序3 施作左線二次襯砌，并回填中隔墻東側(cè)部分(見圖2c)；④工序4 擴(kuò)挖并支護(hù)渡線段A4斷面隧道(見圖2d)；⑤工序5 盾構(gòu)由大里程方向掘進(jìn)至右線A2斷面，進(jìn)行洞內(nèi)接收(見圖2e)。

圖2 施工工藝流程

3 加固處理

施工過程中進(jìn)行土體擴(kuò)挖時(shí)，圍巖穩(wěn)定性差，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。盾構(gòu)洞內(nèi)接收端近接渡線段，盾構(gòu)掘進(jìn)對渡線段擾動較大，存在施工風(fēng)險(xiǎn)，須進(jìn)行加固處理。

3.1 圍巖注漿加固

結(jié)合現(xiàn)場施工條件，通過左線A2斷面對加固區(qū)域進(jìn)行徑向注漿加固，加固范圍為洞門輪廓線外2.0m，如圖3所示。采用后退式注漿工藝，利用PVC注漿管由大里程向小里程方向按順序注漿。

圖3 注漿范圍示意

注漿孔橫向間距2m，豎向間距1m，按梅花形均勻布設(shè)，如圖4所示。為保證加固效果，注漿孔深度及外插角應(yīng)根據(jù)注漿孔位置的不同進(jìn)行調(diào)整，其中，E行注漿孔外插角為0°，隨著距E行注漿孔距離的增大，其他行注漿孔外插角逐漸增大，A～D行注漿孔外插角分別為15°，15°，12°，7°，F(xiàn)～I(xiàn)行注漿孔外插角分別為5°，10°，13°，13°。注漿孔深度設(shè)置規(guī)律與外插角類似，即E行注漿孔深度最大，最頂、底行注漿孔深度最小，中間行注漿孔深度階梯式增加，將靠近盾構(gòu)接收端的注漿孔深度提高至13m，注漿孔深度具體值如表1所示。

表1 注漿孔深度 m

圖4 注漿孔布置示意

本工程注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿液與水玻璃溶液體積比為1∶1，水泥漿液中水與水泥質(zhì)量比為1∶1，水玻璃溶液中水與水玻璃體積比為1∶(1～1.5)。注漿壓力根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算得到，最小注漿壓力為0.4MPa，注漿壓力≤1.2MPa。注漿終孔采取注漿量和注漿壓力雙控措施，注漿壓力較小時(shí)，適當(dāng)提高注漿量；注漿壓力>1.2MPa時(shí)，根據(jù)地表和初期支護(hù)變形實(shí)時(shí)調(diào)整。

鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，首先注入清水疏通管道，清洗孔壁周邊泥漿。注漿時(shí)，利用回流漿液進(jìn)行封孔。當(dāng)注漿壓力達(dá)設(shè)計(jì)終壓或注漿量達(dá)理論值時(shí)，回抽鉆桿50cm左右后繼續(xù)注漿，重復(fù)注漿、回抽步驟，直至注漿完成，及時(shí)進(jìn)行換孔。注漿過程中如遇注漿量持續(xù)上升、壓力無變化的情況，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整漿液配合比，縮短漿液凝固時(shí)間，并進(jìn)行間歇式反復(fù)注漿。

每完成1個(gè)循環(huán)注漿加固后，在封堵墻破除和盾構(gòu)接收前，進(jìn)行鉆孔檢查或紅外線探測，觀察漿液填充情況，并檢查、測量孔內(nèi)涌水量。要求注漿加固后土體滲透系數(shù)≤1.0×10-5cm/s，強(qiáng)度達(dá)1～2MPa，加固體連續(xù)密實(shí)，無冷縫。共設(shè)置7個(gè)檢查孔，孔深7m。

注漿范圍為強(qiáng)、全風(fēng)化花崗巖和礫質(zhì)黏性土層，均為弱透水地層，起始注漿階段注漿壓力為0.5～0.6MPa，注漿孔返漿率較高，單孔有效注漿量為0.6m3，地表和初期支護(hù)變形速率和累計(jì)變形量穩(wěn)定。隨著注漿孔深度的增加，注漿壓力增至0.8～1.0MPa，注漿孔返漿率有所降低，單孔有效注漿量為1.2～1.5m3，地表變形速率增加0.5～1mm/d，累計(jì)變形量增加1～2mm；初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定。為保證注漿效果，逐漸將注漿壓力提高至1.2MPa，隨著注漿壓力的增加，單孔有效注漿量增至1.8m3左右，地表變形速率和累計(jì)變形量增加較快，表現(xiàn)為隆起；初期支護(hù)變形速率增加較快，表面出現(xiàn)細(xì)小裂縫，此時(shí)將注漿壓力調(diào)整為1.0～1.1MPa，變形逐漸穩(wěn)定。在注漿效果較差的位置增設(shè)注漿孔，進(jìn)行補(bǔ)充注漿，可在保證注漿效果的同時(shí)降低單孔注漿壓力。通過采取上述措施，達(dá)到良好注漿效果。

3.2 初期支護(hù)加固

盾構(gòu)由大里程方向掘進(jìn)至右線A2斷面并進(jìn)行洞內(nèi)接收時(shí)，A4斷面隧道僅進(jìn)行了初期支護(hù)，且無臨時(shí)仰拱，盾構(gòu)施工產(chǎn)生了水平側(cè)向壓力，造成A4斷面隧道初期支護(hù)局部變形或整體位移。為此，沿A4斷面隧道間隔0.5m布置I22a臨時(shí)十字撐(見圖5)，并通過鋼板焊接至初期支護(hù)鋼拱架上，采用砂漿回填A(yù)2斷面主體結(jié)構(gòu)與A4斷面初期支護(hù)間隙(見圖6)，以傳遞盾構(gòu)施工產(chǎn)生的側(cè)向壓力，抵抗結(jié)構(gòu)變形。

圖5 臨時(shí)十字撐示意

圖6 混凝土回填區(qū)示意

現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果表明，盾構(gòu)接收過程中，遠(yuǎn)離接收端渡線段初期支護(hù)變形量微小；由于盾構(gòu)刀盤對周邊土體具有擠壓作用，靠近接收端渡線段初期支護(hù)存在水平位移，但未影響結(jié)構(gòu)安全；渡線段中隔墻變形微小，處于正常受力狀態(tài)。

4 結(jié)語

1)在強(qiáng)、全風(fēng)化花崗巖和礫質(zhì)黏性土等弱透水地層中，采用后退式注漿工藝可有效降低鉆孔階段地表失水固結(jié)沉降，有利于控制注漿施工對周邊環(huán)境的影響。

2)進(jìn)行注漿加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際注漿情況合理調(diào)整注漿孔間距。注漿效果較差時(shí)，可通過加密注漿孔、降低單孔注漿壓力等措施，在提高注漿效果的同時(shí)有效控制地表和初期支護(hù)變形。

3)注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)注漿孔深度變化實(shí)時(shí)調(diào)整，對于弱透水地層，以保證充填效果為前提。隨著注漿孔深度的增加，注漿壓力需逐漸提高，注漿量也應(yīng)相應(yīng)提高。

4)由實(shí)際施工過程中初期支護(hù)變形情況可知，靠近接收端渡線段初期支護(hù)變形較大，遠(yuǎn)離接收端渡線段初期支護(hù)變形較小，可在遠(yuǎn)離接收端適當(dāng)加大臨時(shí)十字撐布設(shè)間距。