泥水盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析與處理

【摘要】隨著城市化的高速發(fā)展，市政地鐵加速建設(shè)，穿越城市、江河及建筑物的小斷面泥水盾構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。本文以秋中區(qū)間泥水盾構(gòu)始發(fā)專項(xiàng)方案為背景，提出泥水盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)措施及施工方法，總結(jié)泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)施工關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】泥水盾構(gòu)；盾構(gòu)始發(fā)；負(fù)環(huán)拼裝；洞門密封

1、工程概況

1.1、秋中區(qū)間由贛江西岸秋水廣場起，穿越贛江、沿江中大道，經(jīng)中山西路后與東端的濱江大道站相連接。設(shè)計(jì)長度為 1886m。區(qū)間最大坡度為 28‰，線路最小豎曲線半徑為 360m。區(qū)間 3 座聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間隧道采用2臺(tái)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工從秋水廣場站始發(fā)，到達(dá)中山西路站接收井結(jié)束。設(shè)計(jì)盾構(gòu)進(jìn)出洞處采用攪拌樁和旋噴樁加固。確定圓形區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)徑為φ5400mm。管片強(qiáng)度采用工廠化預(yù)制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C50，抗?jié)B等級(jí)對于區(qū)間埋深大于 20m的部分為 P12，其余為 P10。工程管片的厚度采用 300mm。

1.2、根據(jù)軌道一號(hào)線地形管線綜合圖和設(shè)計(jì)圖，贛江兩側(cè)道路兩側(cè)地下管線復(fù)雜，影響范圍內(nèi)的主要有一根DN1000 雨水管（砼），埋深 5 m，位于世貿(mào)路下。

2、水文地質(zhì)條件

2.1、地下水類型

根據(jù)地下水含水空間介質(zhì)和水理、水動(dòng)力特征及賦存條件，擬建工程沿線按地下水類型可分為上層滯水、松散巖類孔隙水、紅色碎屑巖類裂隙溶隙水三種類型。

2.2、含水巖組及其富水性

孔隙水主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層的砂礫石層中，該層地下水為潛水，地下水位埋深較淺，本次勘察歷時(shí)較長，但主要仍在豐水期間，穿越兩端陸上鉆孔內(nèi)實(shí)測的水位埋深 6.50～11.60m，標(biāo)高14.29～15.45m。該層地下水含量極為豐富，含水層滲透性強(qiáng)。地下水位年變幅與地表水變化密切相關(guān)，變化比較大。勘察期間撫河水位標(biāo)高為 15 m，贛江水位標(biāo)高為 14.5m。 主要賦存于第三系新余群含鈣粉砂巖與鈣質(zhì)泥巖層段，厚度 20～50 米左右。該含水層富水性不均一，影響因素主要有風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙與構(gòu)造節(jié)理裂隙的發(fā)育程度，巖性差異（主要是鈣質(zhì)含量的變化） ，裂隙（節(jié)理）多呈閉合狀，一般富水性極差，滲透系數(shù)多在 0.26～0.45m/d 之間。因受巖性變化所致，局部鈣質(zhì)泥巖、含鈣砂巖層段，其構(gòu)造節(jié)理發(fā)育時(shí)，多具一定的溶蝕現(xiàn)象，為碎屑巖層中地下水的相對富集地帶，根據(jù)《江西省南昌市水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合勘察報(bào)告》（1998年），其單井涌水量總體而言相對較大，含水層綜合滲透系數(shù)達(dá) 5～15m/d，單井涌水量多在 300-800 m3/d 左右，最大可達(dá) 1500m3/d；已有資料與原有工程經(jīng)驗(yàn)均反映，此類構(gòu)造裂隙溶隙水富水區(qū)的分布與巖性、膠結(jié)物和構(gòu)造發(fā)育有關(guān)，呈條帶狀分布于小蘭——老福山一帶。

2.3、各類地下水的補(bǔ)、逕、排條件及相互間關(guān)系

上層滯水主要接受大氣降雨入滲補(bǔ)給，水位隨氣候變化大。贛江西側(cè)贛江洪水期間，會(huì)對該層地下水形成局部返補(bǔ)。贛江東側(cè)在汛期贛江和撫河也會(huì)對該層地下水形成局部返補(bǔ)。孔隙水與贛江及鄰近撫河地表水體呈互為補(bǔ)排關(guān)系，連通性好。平水季節(jié)及枯水季節(jié)地下水補(bǔ)給地表水，地下水向贛江、撫河排泄；汛期贛江、撫河水位上漲，地表水體返補(bǔ)給地下水。碎屑巖類脈狀裂隙水通過基巖裂隙發(fā)育段與上部孔隙水直接接觸，形成互補(bǔ)關(guān)系，且多具承壓性。水位基本和贛江地表水持平。

3、盾構(gòu)始發(fā)

盾構(gòu)開始向前推進(jìn)到盾體完全進(jìn)入土體后洞門封堵完成是泥水盾構(gòu)始發(fā)的關(guān)鍵，在這個(gè)過程中應(yīng)注意負(fù)環(huán)管片安裝和盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置。

3.1、負(fù)環(huán)管片安裝

盾構(gòu)隧道施工中，一般稱隧道洞門口處管片為0環(huán)管片，盾構(gòu)井中用作傳遞反力的管片則稱為負(fù)環(huán)管片。負(fù)環(huán)拼裝時(shí)第一環(huán)負(fù)環(huán)的定位相當(dāng)重要，對后面的管片拼裝起著基準(zhǔn)面的作用。為保證管片環(huán)面安裝精度，負(fù)環(huán)管片采用閉口環(huán)安裝方式，靠后的4環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝均由盾構(gòu)舉重臂在盾構(gòu)殼體內(nèi)按順序拼裝成形，環(huán)向和縱向螺栓連接牢固后分別逐環(huán)將負(fù)環(huán)推到要求后座位置上。在安裝負(fù)環(huán)管片之前，為保證負(fù)環(huán)管片不破壞尾盾刷和負(fù)環(huán)管片在拼裝好以后能順利向后推進(jìn)，在盾殼內(nèi)安設(shè)厚度不小于盾尾間隙的方木或型鋼，以使管片在盾殼內(nèi)的位置得到保證。

4、泥水盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

4.1、首先采用明挖法開挖豎井，在盾構(gòu)始發(fā)豎井施工期間同步進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)端頭土體加固；然后井下安裝盾構(gòu)始發(fā)基座及洞門密封，依次組裝盾構(gòu)后配套拖車，并將其拖入暗挖段；盾構(gòu)主機(jī)安裝、反力架下半部分，待管片安裝機(jī)橫梁安裝完成后將反力架上半部分進(jìn)行安裝，隨后將主機(jī)和后配套拖車連接，并完成盾構(gòu)機(jī)整機(jī)調(diào)試；同時(shí)要完成泥水處理系統(tǒng)的安裝調(diào)試。最后盾構(gòu)達(dá)到始發(fā)條件。采用盾構(gòu)直接掘削新型材料墻體的方式開洞門，開洞處的地下連續(xù)墻鋼筋籠全部換用玻璃纖維筋代替普通鋼筋，混凝土采用以石灰石為粗骨料的細(xì)石混凝土，混凝土抗壓強(qiáng)度為C20，其余范圍地下連續(xù)墻采用C30混凝土。

4.2、由于玻璃纖維筋與普通鋼筋接頭處抗拉力強(qiáng)度較低（只有普通鋼筋抗拉強(qiáng)度的10%），而在始發(fā)洞門處的地下連續(xù)墻采用C20混凝土，因此為保證豎井開挖的安全性，在始發(fā)洞門前端施做2排M10砂漿樁。由于地面注漿受地下管線及現(xiàn)場其他因素的影響，導(dǎo)致加固區(qū)存在一定的盲區(qū)特別是管線下方土體，未能進(jìn)行有效加固，給盾構(gòu)始發(fā)造成一定隱患。為了保證端頭土體加固的效果，保證盾構(gòu)安全始發(fā)，采取在豎井內(nèi)對端頭土體進(jìn)行水平注漿補(bǔ)強(qiáng)加固。采用水平地質(zhì)鉆機(jī)前進(jìn)式分段成孔注漿，最后一次注漿結(jié)束，再成孔下50塑料管，進(jìn)行補(bǔ)充注漿。為了防止洞門破除后發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，先將1m厚的地下連續(xù)墻鑿除0.6m，剩余0.4m的保護(hù)厚度，洞門中心魚尾刀部位1.4m范圍內(nèi)多鑿除0.2m，并將外露的玻璃纖維筋全部割除取出。洞門破除由人工利用風(fēng)鎬自上而下一次完成。洞門鑿除后盡快將盾構(gòu)機(jī)前移，使刀盤緊貼掌子面，保證掌子面的穩(wěn)定，由刀盤切削剩余部分連續(xù)墻混凝土。

4.3、盾構(gòu)始發(fā)基座采用鋼結(jié)構(gòu)形式，主要承受盾構(gòu)機(jī)的重力荷載和推進(jìn)時(shí)的摩擦力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需考慮盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的便捷和結(jié)構(gòu)受力。由于盾構(gòu)機(jī)重達(dá)1000多噸，所以始發(fā)基座必須具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由于盾構(gòu)主機(jī)在組裝過程中盾殼間還需要進(jìn)行焊接作業(yè)，所以需要始發(fā)基座在距洞門6 m處斷開0.9m為盾構(gòu)護(hù)盾焊接提供必要的焊接作業(yè)空間。

4.4、安裝洞門密封裝置

洞門預(yù)埋環(huán)是為滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞臨時(shí)封堵洞門端頭要求的環(huán)狀鋼板。環(huán)狀鋼板的內(nèi)徑為12212mm，外徑為12960mm，環(huán)向每2.4預(yù)埋一個(gè)M24！90螺栓，共計(jì)預(yù)埋螺栓150個(gè)。為了環(huán)板能夠牢固的嵌入豎井襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)，環(huán)板背面與盾構(gòu)始發(fā)井襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋連接牢固，并且每根預(yù)埋螺栓必須與豎井襯砌鋼筋連接牢固，環(huán)板加工成型后，待豎井二次襯砌施工時(shí)及時(shí)預(yù)埋。洞門密封裝置安裝始發(fā)洞門臨時(shí)密封采用雙道密封裝置，每道密封裝置由簾布橡膠、扇形壓板、止水箱、注漿管和螺栓等組成，兩道密封間隔0.4m。

5、結(jié)束語

經(jīng)過精心準(zhǔn)備和科學(xué)施工，南昌市地鐵1號(hào)線秋中區(qū)間泥水盾構(gòu)始發(fā)已順利完成。通過不斷總結(jié)和摸索，使小斷面盾構(gòu)在過江隧道、城市繁華地段、砂卵石地層中的施工技術(shù)不斷成熟，為類似工程地質(zhì)的小斷面泥水盾構(gòu)施工總結(jié)了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[2]張鳳祥，朱合華傅德明.盾構(gòu)隧道[M].人民交通出版社，2004.