盾構始發(fā)洞門預裝環(huán)形膜袋密封施工技術研究

王光偉，胡云飛，黃 鵬，徐祥云，徐延晶，唐麗茹，張文超

（1.中鐵八局集團昆明鐵路建設有限公司，云南 昆明 650200；2.中鐵發(fā)展投資有限公司，山東 青島 266001；3.山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061）

城市地鐵臨海盾構法隧道施工的絕大多數(shù)風險出現(xiàn)在盾構的始發(fā)階段，特別是遇到不良地質(zhì)情況或加固空間受到限制時，涌水、涌砂等險情出現(xiàn)的概率極高。

辛振省等[1]根據(jù)無預加固時盾構始發(fā)開挖模擬的破壞場、應力場、位移場并結合工程經(jīng)驗和相關理論分析，確定加固范圍。劉俊杰等[2]考慮洞門破除及盾構動態(tài)掘進的影響，對鄭州東區(qū)某盾構始發(fā)合理的端頭加固范圍進行分析。胡俊[3]歸納了盾構隧道端頭土體加固的常用方式，據(jù)此確定土體加固范圍。劉文黎等[4]利用數(shù)值模型模擬不同加固長度下土體應力分布。殷黎明[5]推導出砂卵石地層盾構始發(fā)端土體加固范圍。杜寶義等[6]提出了一種素混凝土地下連續(xù)墻與高壓旋噴樁相結合的盾構始發(fā)端頭加固方法。王德勇等[7]提出了用雙層大管棚、袖閥管注漿及井點降水組合方案可有效控制砂卵石地層盾構始發(fā)地表沉降。劉彥生和李義堂[8]采取玻璃纖維筋圍護結構免破除洞門形式、盾構工作井外設超前封閉井、洞門密封止水、加強注漿、外包式井接頭以及輔助降水等綜合施工措施。宋之勇[9]通過對淺埋盾構隧道穿越淤泥層施工方案的研究和實施過程的控制，有效解決了淺埋隧道穿越淤泥質(zhì)土層時易出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

本文采用膜袋注漿輔助封堵洞門技術，洞門密封裝置設置有內(nèi)膜袋注漿加簾布橡膠板密封裝置，膜袋填充后，能夠及時封堵并完全填充遺留空間，并貼合外簾布橡膠板形成復合注漿封堵裝置，漿液擴散均勻，有效地提高了施工質(zhì)量。

1 工程概況

青島地鐵6 號線某區(qū)間盾構始發(fā)端地下水與海水連通，始發(fā)端頭地層依次穿越回填塊石層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、中（粗）砂層、粉質(zhì)粘土層、含粘性土砂礫層。盾構始發(fā)段地質(zhì)條件情況差、透水性強，易引起端頭地層坍塌或涌水、涌砂、跑漿等問題。始發(fā)洞門密封承受的壓力大，對始發(fā)時洞門密封要求高，施工技術難度和風險極大。

2 預裝環(huán)形膜袋密封施工技術

盾構始發(fā)前，安裝常規(guī)洞門鋼環(huán)密封裝置，在洞門鋼環(huán)內(nèi)壁與簾布橡膠交界處預裝環(huán)形膜袋注漿密封裝置，如圖1 所示。盾構機沿推進方向掘進，帶鉸接的扇形翻板被盾構機帶動向逆時針方向轉(zhuǎn)動內(nèi)翻，并支撐密封簾布橡膠板，待盾體全部進入隧道，盾尾刷通過簾布橡膠后，在盾體外壁與圍巖之間形成可注漿的封閉空間。通過對壓力、凝聚時間等要素的控制，利用高壓灌漿產(chǎn)生的推擠壓力對水泥膏狀體做功，迫使水泥膏狀體產(chǎn)生“填充固結、壓實排水固結和滑移擠嵌”，直至填充完全并達到注漿強度標準。進而達到洞門封堵止水的效果。

圖1 預裝環(huán)形膜袋洞門密封裝置細部構造

2.1 洞門密封裝置安裝

常規(guī)洞口密封裝置結構包括圓環(huán)鋼板、簾布橡膠板、圓環(huán)板、翻板等。簾布橡膠板為主要的密封止水裝置，安裝在入口洞圈周圍環(huán)形方向，其表面鉆有環(huán)形鉆孔，簾布橡膠板、翻板通過螺栓貫通緊固于預埋件圓環(huán)鋼板上，且通過錨筋焊接與主體墻體結構固定。

2.2 PPR管外層包裹膜袋

始發(fā)洞門預裝環(huán)形膜袋由PPR 管、?500mm膜袋、塑料薄膜組成，PPR 管開設?5mm 梅花形鉆孔形成花管穿與膜袋內(nèi)部，再用塑料薄膜將膜袋與注漿管裹緊，PPR 管起到骨架及注漿通道作用，如圖2 所示。

圖2 PPR管外層包裹環(huán)形膜袋實物圖

2.3 預裝環(huán)形膜袋注漿裝置

將外層有膜袋包裹的PPR 管沿圓環(huán)鋼板內(nèi)壁一圈放置，位于洞門鋼環(huán)和簾布橡膠板的交界處。用扎絲將其固定于預埋鋼環(huán)內(nèi)壁提前焊接的固定點上，將洞門外部注漿管與PPR 管進行連接，完成環(huán)形膜袋注漿裝置的安裝，如圖3所示。

圖3 環(huán)形膜袋和注漿導管安裝

2.4 盾構始發(fā)

環(huán)形膜袋注漿裝置預裝完成后，進行負環(huán)拼裝，盾構機刀盤進入洞門開始掘進作業(yè)，盾體全部進入橡膠簾布以后，及時同步注漿，并隨時調(diào)整同步注漿壓力及注漿量，如圖4 所示。

圖4 刀盤及盾體進入洞門實物圖

2.5 洞門膜袋注漿止水

當盾構機盾體整體進入隧道內(nèi)，且盾尾距離洞門大約5 環(huán)管片的位置開始進行洞門封堵。利用盾構機上的同步注漿系統(tǒng)向盾尾至洞門的管片壁后空腔處注漿。同時通過設置在洞門鋼環(huán)上的膜袋注漿接口采用控制性注漿工藝向注漿管內(nèi)注入水泥漿，水泥漿由PPR 管上的開孔進入膜袋，膜袋中的漿液迅速固化使膜袋膨脹擠壓簾布橡膠，使其與管片外壁空隙填充密實，防止地下水突破簾布橡膠板涌出洞門，增強洞門密封效果。洞門封堵完成后，達到止水效果，盾構繼續(xù)掘進。

3 實施效果

盾尾距離洞門大約5 環(huán)管片的位置開始進行洞門封堵。利用盾構機上的同步注漿系統(tǒng)向盾尾至洞門的管片壁后空腔處注漿。注漿壓力監(jiān)測結果如圖5 所示。通過在鋼環(huán)外內(nèi)壁與簾布橡膠之間空隙使用環(huán)形膜袋填充遺留空隙達到洞門密封的方法，膜袋填充后，能夠及時封堵并完全填充遺留空間，并貼合外簾布橡膠板形成類似“汽車輪胎”的復合注漿封堵裝置，同時漿液擴散均勻，有效地提高了洞門密封效果，確保盾構區(qū)間在臨海、富水等復雜地質(zhì)環(huán)境下安全始發(fā)。

圖5 注漿壓力監(jiān)測結果

4 結語

針對臨海、富水段地層盾構始發(fā)洞門鋼環(huán)密封關鍵施工技術進行了研究和試驗，克服回填塊石層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、含粘性土礫砂層、富水段地層等不利因素，通過洞門預裝環(huán)形膜袋密封關鍵施工技術解決了盾構始發(fā)涌水、涌砂、跑漿等問題，保證了盾構始發(fā)安全，極大地提高了施工工效。

在青島市地鐵6 號線區(qū)間應用，解決了下穿回填塊石層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層及強風化、“上軟下硬”地層，且臨海、富水等復雜地質(zhì)情況盾構始發(fā)安全難題，為今后類似工程提供借鑒。