軟土地層盾構(gòu)機(jī)接收的施工技術(shù)研究

馮慧君 李顏娟

1 工程概況

天津地鐵2號線第十合同段紅星路站～靖江路站盾構(gòu)區(qū)間位于天津市河?xùn)|區(qū)衛(wèi)國道大街北側(cè),區(qū)間起訖里程為：DK14+564.500～DK15+331.371,線路左線長776.902 m(長鏈10.031 m),線路右線長766.871 m(短鏈0.778 m),截止2007年11月27日,紅靖區(qū)間右線施工已經(jīng)掘進(jìn)至483環(huán),距離盾構(gòu)接收井剩余150環(huán),折合180 m。盾構(gòu)正常的推進(jìn)速度一般為12 m/d,考慮到接收前姿態(tài)和掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整的影響,也將在20 d左右到達(dá)靖江路站。因此,接收工作的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作迫在眉睫。隧道穿越區(qū)為粉土及粉質(zhì)黏土層,粉砂土層,此土層含水量很大,曾出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

2 盾構(gòu)接收的施工組織

2.1 總體施工方案

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前的主要準(zhǔn)備工作有以下幾方面：1)靖江路站西端頭加固、取芯、洞門探水;2)接收架安裝;3)靖江路站西端頭洞門破除;4)防水簾幕安裝。

2.2 靖江路站西端頭加固、取芯、洞門探水

1)施工準(zhǔn)備。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,需焊接搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái),平臺(tái)結(jié)構(gòu)為雙層工字鋼結(jié)構(gòu);每層平臺(tái)高度3.2 m,其他尺寸根據(jù)現(xiàn)場和鉆機(jī)布置需要而定,要保證平臺(tái)強(qiáng)度以便立鉆打孔,確保施工安全。

2)鉆孔布置。本次注漿共布26個(gè)孔。在洞門兩側(cè)和上方布置11個(gè)孔(1號～6號孔、11號～15號孔),間距 1.0 m,孔深 6 m;孔身為垂直于洞門布置。在洞門底板以上再布設(shè)3層共15個(gè)與水平面成不同夾角的孔(16號～26號孔),孔深2.39 m～10 m不等。鉆孔布置圖見圖1。

3)孔口埋管及鉆孔施工。壓漿孔鉆孔前,先在孔口位置預(yù)埋止水裝置管,孔口埋管質(zhì)量的好壞和鉆孔的施工質(zhì)量對注漿能否成功起著關(guān)鍵的作用。孔口管采用φ 89無縫鋼管預(yù)埋,長0.9 m,鉆孔機(jī)械采用電動(dòng)空心鉆,孔口連接法蘭,便于安裝止水閥,壓漿鉆孔時(shí)一旦有水涌出便于封水。壓漿鉆孔孔徑為65 mm,鉆孔時(shí)鉆桿從預(yù)埋鋼管中鉆入,嚴(yán)格控制鉆孔位置和角度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。鉆孔注漿施工順序?yàn)椋?4→15→1→2→3→4→5→6→11→12→13→7→8→9→10→16→17→18→19→20→21→22→23→24→25→26。

4)加固范圍及鉆孔注漿原則。加固范圍：洞前方上半部6 m,下半部10 m,洞門四周3 m范圍。鉆孔注漿原則：按設(shè)計(jì)鉆孔順序進(jìn)行鉆注,不能打孔太深,遇水即注,鉆一個(gè)孔注一個(gè)孔,每孔按照要求反復(fù)鉆注,每次鉆注不得超過1 m,并且嚴(yán)格控制注漿壓力,嚴(yán)格掌握注漿參數(shù)并及時(shí)調(diào)整。

5)注漿參數(shù)選擇。a.選擇雙液注漿,水泥漿濃度：水灰比1∶1,即15袋水泥攪拌成1 m3漿液,用水 750 L;水玻璃漿濃度：30 Be～35 Be;C∶S=1∶1。實(shí)際注漿過程中根據(jù)進(jìn)漿量變化及壓力的變化可適當(dāng)調(diào)濃或調(diào)稀一級,以確保施工質(zhì)量,施工過程中做好施工記錄。b.注漿壓力：注漿終壓設(shè)計(jì)值根據(jù)地面隆起情況取3 MPa～5 MPa,注漿時(shí)要嚴(yán)格控制注漿壓力,防止地面隆起破壞地表結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,可適當(dāng)調(diào)整注漿壓力。c.漿液擴(kuò)散半徑：R=3 m～5 m。d.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：按設(shè)計(jì)達(dá)到注漿壓力,在注漿設(shè)計(jì)終壓下,持續(xù)30 min,并且進(jìn)漿量明顯減少。1號～20號孔達(dá)到終壓設(shè)計(jì)值即可;21號～26號孔達(dá)到終壓設(shè)計(jì)值且多孔檢查均不出水即可。e.封閉死角注漿：在檢查探孔不出水后,在洞門底部緊貼地連墻按45°方向進(jìn)行死角探水封閉注漿。

6)鉆孔注漿設(shè)備和布置。a.鉆孔注漿設(shè)備。鉆機(jī)選用KQJ-100型電動(dòng)潛孔鉆和YT90潛孔鉆各1臺(tái)。注漿采用27GZ60/120型注漿泵2臺(tái)(25 M Pa,注漿量 0.48 m3/min)。砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)(型號待定)。b.注漿站的布置。漿液攪拌罐布置于地表適當(dāng)位置,攪拌好的漿液用管路輸送到作業(yè)場所。注漿泵布置于洞口作業(yè)面附近,以便于操作及觀察注漿壓力作業(yè)面情況。

2.3 接收架加工安裝

接收架安裝時(shí),必須按照圖紙進(jìn)行組拼,確保接收架各組成部分及接收架與車站結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量。接收架安裝時(shí)應(yīng)特別注意吊裝安全工作,吊裝時(shí)安排專人指揮,閑雜人員不準(zhǔn)進(jìn)入施工現(xiàn)場。

2.4 洞門破除

盾構(gòu)機(jī)接收架安裝完成后,待盾構(gòu)機(jī)到達(dá)地連墻20 cm～30 cm時(shí),沿端頭墻分塊線鑿縫(深度約250 mm),直至露出內(nèi)側(cè)鋼筋。再利用吊裝孔用吊機(jī)將脫離的混凝土塊隨即拉出,同時(shí)把落在洞圈底部的混凝土碎塊清理干凈。

2.5 防水簾幕安裝

防水簾幕壓板安裝時(shí)要保證與盾體間距均勻適當(dāng),根據(jù)測量的盾構(gòu)機(jī)軸線與洞門軸線間偏差量,安裝壓板前可適當(dāng)加長或縮短壓板長度,以保證壓板能將防水簾幕緊壓到盾體上,簾幕壓板與鋼環(huán)焊接牢固(見圖2)。

3 盾構(gòu)機(jī)接收階段掘進(jìn)參數(shù)選擇

3.1 接收前50環(huán)內(nèi)的測量復(fù)核與姿態(tài)調(diào)整階段

為確保盾構(gòu)接收時(shí)的貫通精度,在接收前50環(huán)時(shí)進(jìn)行一次復(fù)核測量。復(fù)測按照規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行并報(bào)監(jiān)理及總控測量單位復(fù)核,保證測量工作無誤。在復(fù)測無誤后,根據(jù)復(fù)測數(shù)據(jù),對VMT進(jìn)行校核并調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。盾構(gòu)姿態(tài)軸線偏差控制到±15 mm以內(nèi)。當(dāng)盾構(gòu)姿態(tài)偏差較大時(shí),及時(shí)而又穩(wěn)步的進(jìn)行糾偏,糾偏應(yīng)小量多次進(jìn)行,以保證隧道的順直度。為保證姿態(tài)調(diào)整和糾偏的質(zhì)量,接收前50環(huán)～30環(huán)以內(nèi)的掘進(jìn)速度控制在20 mm/min～30 mm/min。

3.2 盾構(gòu)機(jī)距離洞門結(jié)構(gòu)混凝土30 m～3.5 m掘進(jìn)階段

此階段的掘進(jìn)速度和土倉壓力與前階段掘進(jìn)一樣,按常規(guī)控制,但此段施工應(yīng)一定加強(qiáng)注意調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài),使盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向盡量與原設(shè)計(jì)軸線方向一致,并且要在出洞前的20 m處,使盾構(gòu)機(jī)保持水平姿態(tài)前進(jìn)或略微仰頭姿態(tài)前進(jìn),保證出洞時(shí)正常接收,掘進(jìn)時(shí)的軸線偏差控制在±10 mm范圍內(nèi)。

3.3 盾構(gòu)機(jī)距離洞門結(jié)構(gòu)混凝土3.5 m～2 m掘進(jìn)階段

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)時(shí),鑿除洞門結(jié)構(gòu)混凝土,并割斷洞門結(jié)構(gòu)墻鋼筋混凝土外側(cè)的鋼筋,保留內(nèi)側(cè)鋼筋和30 cm混凝土。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤距離洞門結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土2 m時(shí),洞門剩余結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土開槽分塊鑿吊裝孔;為防止混凝土塊倒塌,在盾構(gòu)接收井內(nèi)架設(shè)斜撐。掘進(jìn)速度由原來正常段的20 mm/min～30 mm/min減至5 mm/min～10 mm/min,土倉壓力由原來的0.15 MPa～0.25 MPa減至0.03 MPa～0.05 MPa。應(yīng)在密切監(jiān)控地表和洞口的情況下逐步減小壓力,掘進(jìn)總推力為600 t～800 t。

3.4 盾構(gòu)機(jī)距離洞門2 m～20 cm掘進(jìn)階段

掘進(jìn)過程中密切注視洞口情況,直至洞門混凝土松動(dòng)或開裂,不可能再掘進(jìn)為止。此階段速度一般為1 mm/min～5 mm/min。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)接近洞口30 cm～20 cm時(shí),應(yīng)停止推進(jìn),拆除井內(nèi)斜撐。注漿完成后,立即開始切割混凝土分塊槽內(nèi)鋼筋,由下到上逐塊吊出洞門混凝土塊,并清除碎片及泥土,在此之前做好洞門防水簾幕的安裝及接收架的安裝工作。

3.5 盾構(gòu)機(jī)距離洞門20 cm到進(jìn)入車站露出掘進(jìn)階段

盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)并拼裝管片,此階段由于洞門結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全破除,無土體壓力,速度根據(jù)實(shí)際情況決定;刀盤完全露出土體后,停止轉(zhuǎn)動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)停頓片刻,此時(shí)立即清除坍塌下來的土體及密封艙內(nèi)的泥土,對盾構(gòu)中心進(jìn)行測量,看是否滿足貫通精度。

3.6 盾構(gòu)機(jī)刀盤露出土體到盾構(gòu)機(jī)盾體全部接收階段

坍塌土體清理完畢(不影響盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)為宜),為避免發(fā)生地下水沿開挖間隙涌入井內(nèi),盾構(gòu)機(jī)立即加快推進(jìn)速度;刀盤通過防水簾幕后立即拉緊防水簾幕壓板上的兩束鋼絲繩,使防水簾幕緊壓在盾構(gòu)機(jī)前盾盾體外,然后盾構(gòu)機(jī)勻速緩慢前進(jìn),以防防水簾幕受到破壞;在前盾穿過防水簾幕后依次對壓板上兩束鋼絲繩復(fù)緊,中盾剛穿過防水簾幕后依次對壓板上兩束鋼絲繩二次復(fù)緊。當(dāng)封水管片安裝完成,同步注漿結(jié)束漿液凝固后,盾構(gòu)機(jī)按照正常掘進(jìn)速度前進(jìn),盾體全部出洞門后,盾構(gòu)機(jī)接收成功。

4 應(yīng)急預(yù)案

1)打降水井。在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞時(shí),破洞門時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象,對此采取輕型井點(diǎn)降水法,提前在洞門加固區(qū)打設(shè)降水井,降水井的深度在-16 m,隧道中心線設(shè)計(jì)高程為-10.718 m,降水井底部距隧底2 m。降水井分兩排布置在距隧道外側(cè)2.0 m的位置,間距為3.0 m,每排降水井為 2個(gè),共計(jì) 4個(gè)。在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞前打好降水井,并接好抽水泵和電源,隨時(shí)準(zhǔn)備降水。2)注漿。a.洞外。靖江路站西端頭右線水平注漿結(jié)束后須進(jìn)行左洞門加固,盾構(gòu)機(jī)右線進(jìn)洞前,所有注漿材料備足,左線加固停止,人員和設(shè)備現(xiàn)場待命,隨時(shí)準(zhǔn)備右線盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞出現(xiàn)意外時(shí)注漿。b.洞內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收井前,洞內(nèi)二次注漿處,備足注漿材料,人員設(shè)備待命,隨時(shí)準(zhǔn)備右線盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞出現(xiàn)意外時(shí)從中盾上的預(yù)注漿孔注漿。

5 結(jié)語

天津地鐵2號線盾構(gòu)區(qū)間紅星路～靖江路站區(qū)間盾構(gòu)機(jī)在靖江路站順利完成接收工作,這標(biāo)志著天津地鐵2號線首個(gè)盾構(gòu)區(qū)間的順利貫通,為后續(xù)2號線盾構(gòu)區(qū)間工程積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)在學(xué)術(shù)界越來越認(rèn)識到盾構(gòu)的接收和盾構(gòu)的始發(fā)同等重要,都具有很高的風(fēng)險(xiǎn)性,必須引起高度的重視,在2008年全國多起盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)和接收過程中出現(xiàn)了事故,出現(xiàn)漏水塌方的,甚至盾構(gòu)機(jī)被掩埋,教訓(xùn)是深刻的,這就需要我們在今后的施工過程中不斷摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn),避免類似的事故發(fā)生。

[1] 白 云,周 松.軟土地下工程施工技術(shù)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社,2000.

[2] 王吉華.土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(9)：335-336.