泥炭質(zhì)土層條件下的地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)

陳 立

(中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100142)

1 工程概況

某地鐵站隧道埋深11.02～28.3 m，工程施工環(huán)境復(fù)雜，需穿越湖沼沉積地層，含有帶狀粉質(zhì)黏土等多個地層。區(qū)間最大坡度23‰，轉(zhuǎn)彎半徑均達(dá)到600 m以上，且施工區(qū)域內(nèi)含有豐富地下水，主要源自于自然降水以及巖層補(bǔ)水，整個區(qū)間以富水地層為主。

2 施工準(zhǔn)備

以施工圖紙為準(zhǔn)精確測量放樣，準(zhǔn)確界定線路走向，基于施工現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境編制調(diào)查報(bào)告。積極組織項(xiàng)目人員共同分析圖紙，總結(jié)施工中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

以地質(zhì)勘察資料為基準(zhǔn)，綜合考慮地層沉降狀況、掘進(jìn)深度等工程參數(shù)，選定合適的盾構(gòu)方式，并適配滿足使用需求的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，積極攜手第三方測量機(jī)構(gòu)，針對車站主體、洞門圈等做進(jìn)一步復(fù)測，精確設(shè)定井下控制點(diǎn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

泥炭質(zhì)土層較為特殊，主要表現(xiàn)為壓縮性大、有機(jī)質(zhì)含量高、穩(wěn)定性弱等問題。作為一種極為特殊的軟土，需要通過科學(xué)措施來有效改良地層，考慮泥炭質(zhì)土層的分布狀況，劃定合適的加固區(qū)間。

3.1 端頭加固及始發(fā)控制

考慮到泥炭質(zhì)土的特殊性，端頭加固工藝較多，需得到三軸攪拌樁與旋噴樁的支持，兩類樁結(jié)構(gòu)均要滿足齡期>90d的基本要求，通過取芯試驗(yàn)檢驗(yàn)整體質(zhì)量。采用WSS雙液注漿的方式，遵循先兩側(cè)后中間的基本原則，垂直注漿間距保持在1.5 m，考慮到水平注漿施工可行性問題，在動圈內(nèi)部邊側(cè)開孔，且環(huán)向間距以2 m為宜。洞門開孔不可出現(xiàn)水流，同時洞門達(dá)到足夠干燥狀態(tài)后，即完成了注漿施工。做好洞門破除準(zhǔn)備工作，在洞門鋼環(huán)內(nèi)增設(shè)雙層止?jié){板，利用海綿處理各板縫隙，并額外設(shè)置防涌水涌砂裝置。施工中，盾構(gòu)機(jī)超過托架后，為消除自重而引發(fā)的“栽頭”問題，需要在洞門外部增設(shè)外導(dǎo)軌，并實(shí)現(xiàn)與始發(fā)托架導(dǎo)軌的穩(wěn)固連接[1]。

3.2 漿液參數(shù)及改進(jìn)措施

本次地鐵盾構(gòu)施工均發(fā)生于軟土地層中，因而對掘進(jìn)作業(yè)提出較高要求，需避免土倉內(nèi)匯水問題，同時螺旋機(jī)不可出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。受盾構(gòu)施工的影響，易引發(fā)地層與隧道擾動問題，并進(jìn)一步作用于地表及其建筑物，大范圍沉降隨之發(fā)生。盾構(gòu)進(jìn)出洞時，需要在管片后方實(shí)行注漿作業(yè)，通過此方式產(chǎn)生隔水環(huán)，從而阻止地層水的流動。考慮到沉降問題，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中需要合理調(diào)節(jié)好各工序時間，在襯砌管片脫出盾尾后，在第一時間采取注漿措施，使其填充盾尾環(huán)形空隙。以工程需求為基準(zhǔn)，確定合適的注漿參數(shù)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 盾構(gòu)同步注漿參數(shù)

盾構(gòu)進(jìn)出洞段時，需使用到水泥漿液，此材料可在短時間內(nèi)凝固，有效封堵洞門。在持續(xù)掘進(jìn)過程中，需隨即填充厚漿以起到控制地面沉降的效果。伴隨掘進(jìn)持續(xù)推進(jìn)，施工人員測定管片姿態(tài)，若管片上浮達(dá)到1 cm以上，需隨即優(yōu)化厚漿配合比，以縮短凝固時間為基本目標(biāo)，提升管片穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算后得到施工所需同步注漿量，以地面監(jiān)測數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)合理調(diào)節(jié)注漿比例。若出現(xiàn)注漿量偏多的情況，將引發(fā)地面隆起；反之，注漿量不足則會加快地表沉降，甚至?xí)l(fā)管片滲漏水現(xiàn)象。通常而言，需要以靜止水土壓力為基準(zhǔn)，實(shí)際注漿壓力控制在1.1～1.2內(nèi)，最大不可超過0.4 MPa，且施工中不可出現(xiàn)漿液進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)土倉的問題。不同區(qū)域的注漿壓力存在差別，上部需在0.2 MPa以內(nèi)，針對下部展開注漿作業(yè)時需適當(dāng)加大壓力但不可超過0.25 MPa，整個注漿環(huán)節(jié)速度保持在100～200 L/min，施工中分析注漿管路運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)問題后及時解決。

同步注漿細(xì)節(jié)較多，施工人員需注重以下內(nèi)容：①合理控制注漿量，每推進(jìn)40 cm便要測定一次液位，綜合分析儲漿量刻度示意圖，在此基礎(chǔ)上經(jīng)計(jì)算后求得注漿量；②若出現(xiàn)盾尾漏漿問題，需隨即補(bǔ)充；③考慮到成型管片質(zhì)量，且為了控制地表沉降，合理優(yōu)化各支路注漿比例；④若設(shè)備發(fā)生異常或是管路堵塞，均要暫停掘進(jìn)施工，保護(hù)注漿設(shè)備，全面清理管路，若暫停時間過長，需使用膨潤土深度清潔管路；⑤做好漿液方量與質(zhì)量的檢查是確保順利抽漿的關(guān)鍵，值得注意的是，不可向漿液內(nèi)加水，若儲漿罐內(nèi)存有漿液，需要持續(xù)攪拌，避免砂漿變質(zhì)。

3.3 管片防滲水施工

基于盾構(gòu)隧道施工的防水方式較多，以管片自防水應(yīng)用較為廣泛，在此基礎(chǔ)上輔以接縫防水的方式。若土層中含水量較高，施工所得的盾構(gòu)隧道將受到地下水壓力的影響，易出現(xiàn)管片裂縫、橡膠密封條翹曲等問題，在上述影響下地下水持續(xù)滲入隧道內(nèi)，因而施工人員在拼裝管片時要格外注意[2]。對此，施工單位在經(jīng)過許可后，對原設(shè)計(jì)加以變更，增設(shè)了1道遇水膨脹橡膠圈，在其作用下可控制管片滲漏水問題。遵循防水設(shè)計(jì)要求，做好管片環(huán)縱縫防水工作，為之輔以保護(hù)措施，在設(shè)置防水密封墊時做好準(zhǔn)備工作，即刷涂黃油以起到潤滑效果，減少封頂塊插入時的摩阻力，結(jié)束管片拼裝后在第一時間旋緊螺栓。

值得注意的是，管片連接螺旋的復(fù)緊操作次數(shù)至少要達(dá)到4次，具體對應(yīng)為拼裝、推進(jìn)、推出盾尾以及管片出臺車四個環(huán)節(jié)。且在每次復(fù)緊時，所施加的扭矩必須達(dá)到145 N·m。此外還要注重管片與橡膠密封條質(zhì)量，在使用之前均要復(fù)驗(yàn)，若出現(xiàn)質(zhì)量問題禁止投入使用。

3.4 管片上浮有害氣體檢測

調(diào)節(jié)盾構(gòu)初始姿態(tài)，具體有：水平方向±10 mm，垂直方向因不同區(qū)域存在差異，前點(diǎn)±5mm，后點(diǎn)-20 mm。持續(xù)掘進(jìn)時，密切監(jiān)測成型管片姿態(tài)，結(jié)果表明上浮量均達(dá)到30 mm，工程人員經(jīng)商討后確定了如下措施：①調(diào)整字條，即水平-10 mm，垂直方向后點(diǎn)為-35～40 mm；②在拌制厚漿時增添適量水泥材料，隨之加快凝固速度；③盾尾5環(huán)12點(diǎn)位使用到雙液漿；④50環(huán)左、右側(cè)均要安排人員測量管片姿態(tài)，并分析上浮量是否超出了工程許可范圍，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)后續(xù)施工參數(shù)；

出現(xiàn)管片上浮速率過大的情況時，與盾構(gòu)“栽頭”存在密切關(guān)聯(lián)，需暫停推進(jìn)作業(yè)，合理調(diào)節(jié)推力起到控制上浮分力的效果，即不可超過管片自重，同時針對盾尾采取臨時配重措施，可通過設(shè)置管片等方式控制盾構(gòu)上浮。為給盾構(gòu)施工提供優(yōu)良環(huán)境，需使用有害氣體檢測儀分析施工區(qū)域內(nèi)的空氣狀況，將該設(shè)備置于盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)處，得到出渣口的有害氣體含量[3]。除此之外，還需要增設(shè)便捷式氣體檢測儀，此設(shè)備主要用于檢測艙內(nèi)氣體質(zhì)量，在出現(xiàn)異常狀況可觸動聲光報(bào)警器，在第一時間告知施工人員。關(guān)于本工程使用的氣體檢測系統(tǒng)，具體見圖1。基于上述提及的設(shè)備展開全方位檢測，在本次盾構(gòu)施工中，各項(xiàng)有害氣體含量均控制在合理范圍內(nèi)，未給施工造成過多影響。

圖1 氣體監(jiān)測系統(tǒng)

4 結(jié)束語

綜上所述，泥炭質(zhì)土層穩(wěn)定性欠佳，對技術(shù)水平提出較高要求，在此環(huán)境中展開施工作業(yè)易引發(fā)安全事故。對此，施工單位需結(jié)合勘察項(xiàng)目實(shí)際情況，全面考慮施工風(fēng)險(xiǎn)，為盾構(gòu)施工適配合適的施工技術(shù)，確保各環(huán)節(jié)施工的安全性。