盾構(gòu)下穿高壓線塔施工質(zhì)量控制

谷飛翔

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司)

高壓線塔是重要的輸電線裝置，高壓線塔通常包含了數(shù)條輸送電力的高壓電線。高壓線塔的高壓線可以輸出10Kv以上的電壓。在地鐵盾構(gòu)隧道穿越高壓線塔過程中，為了保證電力供給順利，需要通過采取相應(yīng)的措施對(duì)高壓線塔的穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制，避免高壓線塔發(fā)生不均勻沉降，造成電力供應(yīng)中斷等影響。

1 工程概況分析

為了保障本文的數(shù)據(jù)真實(shí)有效，本文將在分析中擬定汽車西站～古墩路站(汽～古)區(qū)間項(xiàng)目。盾構(gòu)隧道穿越地層經(jīng)補(bǔ)充勘察，高壓線塔下方地層與勘察設(shè)計(jì)期間地質(zhì)相同，區(qū)間斷面為3層碎石混黏性土。3層碎石混黏性土：棕紅色、密實(shí)、飽和、粒徑為2cm～5cm顆粒約占40%，粒徑為0.2cm～2cm顆粒約占20%，最大粒徑約20cm，含較多黏性土充填。碎石呈棱角狀，分布不均勻，且分選性差，風(fēng)化強(qiáng)烈，成份主要為砂巖或凝灰?guī)r。局部夾有透鏡體狀粉質(zhì)黏土，滲透性差，全場(chǎng)分布。

1.1 高壓線塔與盾構(gòu)區(qū)間的位置關(guān)系

汽～古區(qū)間左線左K21+772.2～左K21+784.5側(cè)穿高壓文三一號(hào)高壓線塔，隧道邊線與文三一號(hào)高壓線塔凈距2.95m；汽～古區(qū)間右線右K21+773～右K21+785.5下穿古蕩變電所文三一號(hào)高壓、右K21+806.5～右K21+818.5下穿古高一號(hào)高壓輸電塔，基礎(chǔ)類型均采用板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約3m，隧道與基礎(chǔ)最小凈距約7.93m。

1.2 盾構(gòu)穿越高壓線塔時(shí)存在的影響

開挖面土壓不平衡引起的土體損失、盾構(gòu)蛇行糾偏引起的土體損失、盾尾與襯砌環(huán)之間的空間未能及時(shí)充填引起的土體損失、注漿材料固結(jié)收縮、隧道滲漏水造成土體的排水固結(jié)、襯砌環(huán)變形和隧道縱向沉降等因素會(huì)造成高壓線塔基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，需要在盾構(gòu)穿越高壓線塔前、中、后三個(gè)階段分別采取相應(yīng)的措施有效控制高壓線塔的沉降，保證電力供給的順利。

2 高壓線塔基礎(chǔ)變形指標(biāo)及監(jiān)控測(cè)量

高壓線塔沉降控制指標(biāo)：速率報(bào)警值±2mm/d,累計(jì)預(yù)警(mm)黃色預(yù)警值-7～+3、橙色預(yù)警值-8.5～+4，紅色預(yù)警值-10～+5。高壓線塔產(chǎn)權(quán)單位要求累計(jì)預(yù)警值(mm)-7～+3。

區(qū)間盾構(gòu)穿越高壓電線期間對(duì)高壓線塔重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)總工期為盾構(gòu)穿越前50環(huán)為起點(diǎn)，盾構(gòu)區(qū)間推進(jìn)完工，且各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定及監(jiān)測(cè)資料移交完畢日期為終點(diǎn)。具體測(cè)點(diǎn)情況見表1。

表1 高壓電塔及周邊環(huán)境測(cè)點(diǎn)數(shù)量及測(cè)點(diǎn)編號(hào)

3 盾構(gòu)掘進(jìn)主要技術(shù)措施

3.1 土壓力控制

土倉(cāng)壓力通過計(jì)算得出盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的理論壓力值，掘進(jìn)過程中實(shí)際土壓略高于理論土壓力，通過設(shè)定掘進(jìn)速度、調(diào)整排土量的方法建立，并以維持開挖土量與排土量的平衡為基準(zhǔn)。在掘進(jìn)速度一定的情況下，主要通過螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整出土量，以維持土倉(cāng)壓力的相對(duì)平衡[1]。

3.2 出土量計(jì)算及出土控制

每環(huán)理論出渣量(實(shí)方)。

V=[(π·D2)/4]×L×λ

D—指盾構(gòu)切削外徑(m)(切削外徑6.44m)；L—管片每環(huán)長(zhǎng)度(預(yù)制管片每環(huán)1.2m)；λ—渣土松散系數(shù)，是理想開挖體積的渣土內(nèi)應(yīng)力，釋放后會(huì)松散，體積會(huì)擴(kuò)大，一般碎石混黏性土的松散系數(shù)為1.2，泥巖為1.5等。

V=[(π×6.442)/4]×1.2=39m3/環(huán)；考慮土體松散系數(shù)為1.3，在運(yùn)輸組織設(shè)計(jì)中，均按1.3×39=50.7m3考慮。電機(jī)車編組列車包括4輛容量18m3的渣土車，最大裝載能力為72m3，能滿足施工需要。

每環(huán)出土量直接反應(yīng)了盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)施工過程中的超挖情況，當(dāng)超挖較多時(shí)，會(huì)使出土量驟增。在掘進(jìn)過程中，必須嚴(yán)格控制每環(huán)的出土量，并作好記錄。

3.3 同步注漿、二次注漿

在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)從盾尾向管片壁后的空腔進(jìn)行同步注漿，考慮到漿液固結(jié)收縮、漿液流失、上層擾動(dòng)及超挖后的固結(jié)沉降等因素，注入率控制在150%～170%[2]。掘進(jìn)的過程中必須保證同步注漿的及時(shí)與連續(xù)，漿液供應(yīng)不及時(shí)嚴(yán)禁推進(jìn)。同步注漿過程采用注漿量與注漿壓力雙重控制指標(biāo)，注漿量不低于理論注漿量150%，注漿壓力不低于2bar，以保證管片壁后空隙的充分填充，有效控制沉降。

二次注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實(shí)性差，而致使地表沉降得不到有效控制或管片襯砌出現(xiàn)較嚴(yán)重滲漏的情況下才實(shí)施。施工時(shí)采用地表沉降監(jiān)測(cè)信息反饋，結(jié)合洞內(nèi)超聲波探測(cè)管片襯砌背后有無空洞的方法，綜合判斷是否需要進(jìn)行二次注漿。

3.4 分階段推進(jìn)控制區(qū)劃分

根據(jù)盾構(gòu)穿越已有建(構(gòu))筑物的工況特點(diǎn)，將盾構(gòu)掘進(jìn)過程共分為3個(gè)階段，分別為盾構(gòu)穿越前試推進(jìn)階段，盾構(gòu)穿越階段和盾構(gòu)穿越后階段。

在進(jìn)入高壓線塔區(qū)間線路之前，選擇條件相似的區(qū)間線路設(shè)置試驗(yàn)段，總結(jié)盾構(gòu)施工參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化，以便在穿越高壓線塔施工中采取針對(duì)性措施。根據(jù)埋深、地層條件、地下水位，擬定下穿高壓線塔前60環(huán)(約72m)作為盾構(gòu)隧道下穿高壓電塔的試驗(yàn)段。掘進(jìn)試驗(yàn)段主要項(xiàng)目見表2。

表2 掘進(jìn)試驗(yàn)段主要項(xiàng)目

把盾構(gòu)切口到達(dá)高壓線塔前5環(huán)開始設(shè)為穿越段開始，直至盾尾脫出高壓線塔范圍5環(huán)定為穿越段。該控制區(qū)段施工時(shí)，主要根據(jù)穿越試推進(jìn)段總結(jié)的推進(jìn)參數(shù)和施工數(shù)據(jù)來指導(dǎo)盾構(gòu)的推進(jìn)施工。在這個(gè)階段主要任務(wù)是控制盾構(gòu)的施工參數(shù)，包括控制推進(jìn)速度、正面土壓力、同步注漿流量、同步注漿壓力等主要施工參數(shù)。增加施工監(jiān)測(cè)的頻率，確保穿越過程中的安全。主要施工參數(shù)見表3。

表3 穿越段主要參數(shù)控制范圍

盾尾脫離高壓線塔范圍后6環(huán)～20環(huán)定為盾構(gòu)穿越后階段，共15環(huán)，掘進(jìn)長(zhǎng)度30m。

由于盾構(gòu)穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，會(huì)對(duì)建(構(gòu))筑物造成影響。必須在穿越區(qū)域的隧道內(nèi)準(zhǔn)備充足的補(bǔ)壓漿材料以及設(shè)備，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行后期補(bǔ)壓漿，有效控制滯后沉降。

4 其他技術(shù)措施

(1)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)：水平≤40mm，垂直≤40mm，每環(huán)糾偏量不大于4mm/m。

(2)調(diào)整同步注漿漿液的凝結(jié)時(shí)間4h～6h，保證同步注漿質(zhì)量，并確保漿液稠度。為保證同步注漿質(zhì)量，擬加大同步注漿漿液中水泥的含量，其砂漿施工配合比為 (kg/m3)：水泥∶162粉煤灰∶385膨潤(rùn)土∶50細(xì)砂∶760水∶395注漿壓力≤3bar，注漿量≥5m3。根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，對(duì)注漿數(shù)量進(jìn)行控制，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，則根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整注漿量。

(3)做好管片選型，保證管片拼裝質(zhì)量。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中值班工程師根據(jù)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作，管片供應(yīng)人員嚴(yán)格按指令供應(yīng)合格管片，在管片拼裝過程中管片拼裝人員認(rèn)真做好管片拼裝工作，保證管片拼裝質(zhì)量。

(4)信息化施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。為提高背襯注漿層的防水性及密實(shí)度，有效填充管片后的環(huán)形間隙，減小地表沉降量，在管片脫出盾尾后進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。

(5)嚴(yán)防盾尾漏水，掘進(jìn)中加強(qiáng)盾尾密封油脂的注入，確保盾尾密封效果；掘進(jìn)加強(qiáng)中盾與盾尾鉸接處的密封檢查，及時(shí)調(diào)節(jié)密封壓板螺栓，保證密封效果，防止地下水涌入；控制好管片姿態(tài)，居中拼裝，防止盾構(gòu)建筑空隙過大形成透水通道，必要時(shí)在管片外側(cè)粘貼海綿用于止水，封堵管片與盾構(gòu)間的間隙。

(6)加強(qiáng)施工質(zhì)量，提高隧道自防水能力。在建(構(gòu))筑物段掘進(jìn)時(shí)加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)控制及管片選型，加強(qiáng)螺栓復(fù)緊和盾尾間隙控制，減小管片錯(cuò)臺(tái)、裂縫、漏水，保證較好的隧道線形，提高隧道防水質(zhì)量。

(7)各設(shè)備配置齊全，施工過程中充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，避免窩工或停產(chǎn)，確保工程順利進(jìn)行；保證機(jī)械設(shè)備性能合理，配套完善、狀況良好、技術(shù)性能滿足施工要求。

5 結(jié) 語

盾構(gòu)機(jī)穿越已有建(構(gòu))筑物已成為地鐵隧道施工常態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為保證盾構(gòu)機(jī)順利穿越高壓線塔，各階段掘進(jìn)采取的相應(yīng)措施至關(guān)重要。掘進(jìn)前的試驗(yàn)段為整個(gè)穿越過程提供了有力的數(shù)據(jù)支持，通過試驗(yàn)段掘進(jìn)，分析各參數(shù)對(duì)沉降的影響，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等總結(jié)出穿越時(shí)的合理掘進(jìn)參數(shù)。掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，有效的控制掘進(jìn)過程中對(duì)高壓線塔的影響。盾構(gòu)機(jī)通過后，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并根據(jù)數(shù)據(jù)情況采取相應(yīng)的措施，保證了滯后沉降得到有效控制，使高壓線塔得到有效的保護(hù)，滿足高壓線塔沉降控制要求，為后續(xù)盾構(gòu)穿越類似建(構(gòu))筑物提供相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。