U 型塑性地連墻與鋼套筒輔助重疊隧道盾構(gòu)接收技術(shù)

張 鵬

（徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

盾構(gòu)接收是盾構(gòu)法隧道施工的最后一道工序，是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，若處理不好極易出現(xiàn)安全事故。當(dāng)盾構(gòu)接收端地質(zhì)條件及周邊環(huán)境較為復(fù)雜時(shí)，傳統(tǒng)和單一的盾構(gòu)接收工法難以保障盾構(gòu)安全接收。因此，在接收端施作 U 型塑性地連墻，在素墻內(nèi)實(shí)施旋噴樁加固后再輔以鋼套筒接收可以極為有效地提高盾構(gòu)接收的風(fēng)險(xiǎn)可控性，確保盾構(gòu)順利接收，具有重要的推廣價(jià)值。

1 工程概況

武漢地鐵 7 號(hào)線新華路站—香港路站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)自新華路站始發(fā)后沿建設(shè)大道向東掘進(jìn)，左右線隧道從水平平行分離式逐漸過(guò)渡到上下重疊方式，最后以垂直線間距 8 m 的重疊隧道形式到達(dá)香港路站。盾構(gòu)先施工下部隧道，后施工上部隧道。香港路站為地下 3 層疊島式車站，是 3、6、7 號(hào)線的換乘車站，接收端位于城區(qū)主干道十字路口，車流量極大，市政管線眾多，接收緊鄰武漢市房地產(chǎn)交易大廈，與隧道結(jié)構(gòu)凈距 12 m 且距既有運(yùn)營(yíng)的地鐵 3 號(hào)線線路僅 30 m。

盾構(gòu)接收位于重疊隧道超深端頭，接收端地面標(biāo)高 20.70 m，左線隧道中心標(biāo)高 1.346 m，右線隧道中心標(biāo)高為-6.654 m。盾構(gòu)接收地層主要為 <3-4a> 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、<3-5> 粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層、<4-1b> 粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土、<4-1> 粉細(xì)砂、<4-2> 細(xì)砂。其中 4-1、4-2 地層為強(qiáng)透水承壓含水層，盾構(gòu)接收時(shí)極易出現(xiàn)涌水、涌砂的險(xiǎn)情，直接威脅周邊建（構(gòu)）筑物及既有運(yùn)營(yíng)地鐵線路的安全，工程風(fēng)險(xiǎn)極大。

2 接收端頭地層加固

接收端頭地層加固可以防止涌水、涌砂甚至坍塌等情況的發(fā)生，保證洞門破除后裸露土體具有一定的自穩(wěn)能力并隔斷加固區(qū)與外界的水力聯(lián)系。因此，端頭加固的好壞直接決定了盾構(gòu)接收的成敗。由于本接收端加固深度大、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境異常復(fù)雜等眾多不利因素的影響，依靠常規(guī)和單一的加固措施很難保證盾構(gòu)接收的安全。

2.1 加固方案比選

目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的端頭加固方法主要有注漿法、深層攪拌樁、高壓旋噴樁、SMW 工法、凍結(jié)法、素混凝土地下連續(xù)墻（鉆孔灌注樁）以及降低地下水位等工法。這些工法各具優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，結(jié)合本工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、安全性、工期及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素［1-2］最終確定在接收端施作 U 型塑性地下連續(xù)墻，在素墻內(nèi)實(shí)施旋噴樁加固，從而達(dá)到與車站接收端既有地下連續(xù)墻形成四圍封閉止水帷幕的效果。

2.2 加固方案實(shí)施

經(jīng)過(guò)比選決定采用 U 型塑性地連墻+三重管高壓旋噴樁的組合加固技術(shù)，盾構(gòu)接收端頭加固平面圖如圖 1 所示。U 型塑性地連墻在端頭加固區(qū)外側(cè)施作 7 幅形成圍閉，采用 800 mm 厚水下 C15 素混凝土澆筑，要求墻體嵌巖深度≥1 m，達(dá)到外包隔水作用。混凝土素墻完成后在其內(nèi)部采用Φ800@600 三重管旋噴樁進(jìn)行地層加固，加固縱向長(zhǎng)度為 13 500 mm，隧道兩側(cè)及上下各 3 000 mm，加固體 28 d 后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥1.0 MPa，滲透系數(shù)應(yīng)＜1.0×10-7cm/s。此外，考慮到素墻與車站既有圍護(hù)結(jié)構(gòu)接縫處為止水薄弱環(huán)節(jié)，因此在該區(qū)域采用旋噴樁進(jìn)行包角止水，確保達(dá)到封水效果。

圖1 盾構(gòu)接收端頭加固平面圖（單位：mm）

3 接收方案的確定

3.1 接收方案的比選

目前常用的盾構(gòu)接收主要有直接破洞門常規(guī)接收法、水中接收法、鋼套筒接收法、混凝土箱體明洞接收等［3］，但這些方法各有利弊，通常需要結(jié)合端頭加固工法擇優(yōu)選擇。盾構(gòu)接收方案的比選情況如表 1 所示。

通過(guò)以上盾構(gòu)接收法的比選，結(jié)合端頭加固工法綜合考慮后決定采用鋼套筒輔助盾構(gòu)接收最為適宜。

3.2 鋼套筒的設(shè)計(jì)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)利用鋼套筒輔助盾構(gòu)接收越來(lái)越多［4-6］，雖然鋼套筒的形式及尺寸不一，但均基于平衡到達(dá)理念，可使盾構(gòu)直接通過(guò)洞門安全進(jìn)入套筒內(nèi)。

本工程選用的鋼套筒主體部分總長(zhǎng) 11 040 mm，直徑（內(nèi)徑）6 710 mm，筒體厚度 16 mm，由過(guò)渡環(huán)與四環(huán)常規(guī)環(huán)組成。過(guò)渡環(huán)一側(cè)與洞門直接焊接，另一側(cè)為法蘭面，與常規(guī)環(huán)通過(guò)螺栓連接。每環(huán)殼體分為上下兩個(gè)半圓，每段筒體的外周焊接縱、環(huán)向筋板以保證筒體剛度，縱向筋板與環(huán)向筋板形成塊狀分隔形狀。每段筒體的端頭和上下兩半圓結(jié)合面均焊接法蘭，筒體縱向及上下均采用平法蘭連接，用高強(qiáng)螺栓連接緊固。裝置后蓋板由上下兩塊平面環(huán)板組成，通過(guò)法蘭（厚度 40 mm）與最后一環(huán)常規(guī)環(huán)筒體連接，且在下半塊封板中心偏下的位置設(shè)置人行閘門，便于施工人員的進(jìn)出。套筒總裝使用如圖 2 所示。

表1 盾構(gòu)接收方案對(duì)比分析

圖2 鋼套筒總裝示意圖

4 總體施工流程及技術(shù)要點(diǎn)

在綜合考慮接收條件風(fēng)險(xiǎn)及各種接收工法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為確保盾構(gòu)接收萬(wàn)無(wú)一失，最終采用 U 型塑性地連墻＋三重管高壓旋噴樁組合加固并配合鋼套筒輔助接收的組合工法施工技術(shù)完成本次盾構(gòu)到達(dá)的接收任務(wù)。

4.1 盾構(gòu)接收總體流程

盾構(gòu)到達(dá)接收總體施工流程如圖 3 所示。

4.2 接收過(guò)程技術(shù)控制要點(diǎn)

4.2.1 盾構(gòu)選型及刀具布置

盾構(gòu)接收前需穿越 C15 素墻后方能進(jìn)入加固區(qū)，因此在盾構(gòu)始發(fā)前對(duì)盾構(gòu)機(jī)及刀具應(yīng)進(jìn)行合理的選型，以確保盾構(gòu)具備足夠的“破墻”能力。盾構(gòu)切削階段嚴(yán)密關(guān)注推力、刀盤扭矩等各項(xiàng)參數(shù)，防止出現(xiàn)刀盤“卡死”現(xiàn)象。

4.2.2 U 型地連墻施工注意事項(xiàng)

地連墻接縫處鎖口管在盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)必須拔除，以免阻礙后期盾構(gòu)掘進(jìn)。此外，在 U 型墻與車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)端墻接縫處施作與素墻同深的旋噴樁進(jìn)行角部止水，確保止水帷幕閉水效果。

圖3 盾構(gòu)接收總體施工流程圖

4.2.3 洞門破除判定條件

鋼套筒安裝后、回填前需破除洞門，在降水水位低至洞門鋼環(huán)底以下 1 m 時(shí)，在洞圈內(nèi)均勻開(kāi)設(shè)一定數(shù)量探孔，探孔深度需到達(dá)加固區(qū)，當(dāng)孔洞無(wú)明顯漏水、漏砂時(shí)方可破除洞門，否則應(yīng)采取水平注漿或其他補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

4.2.4 上部隧道鋼平臺(tái)搭設(shè)

因左右線為上下重疊隧道接收，在右線下部隧道盾構(gòu)機(jī)吊出后進(jìn)行上部隧道鋼套筒安裝工作。套筒安裝前需進(jìn)行鋼平臺(tái)的搭設(shè)，首先在底層直立安放 609 鋼支撐 12 根，中間用 18# 工字鋼斜撐連接，再在鋼支撐上安置 70 # 工字鋼形成框架結(jié)構(gòu)，70 # 工字鋼上鋪設(shè) 20 mm 厚鋼板，最后在鋼板上安裝鋼套筒。鋼平臺(tái)架設(shè)時(shí)為節(jié)省時(shí)間，可預(yù)先成榀，井下拼裝。

4.2.5 隧道注漿加固及支撐架設(shè)

下部隧道施工后利用管片注漿孔沿隧道結(jié)構(gòu)外圍 3 m 對(duì)上下隧道之間的所夾土體進(jìn)行注漿加固，增強(qiáng)重疊段隧道間土體的抗壓、抗剪能力。為有效降低上部隧道施工對(duì)已建成下部隧道結(jié)構(gòu)的影響，在上部隧道施工前在下部隧道內(nèi)加設(shè)臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)。臨時(shí)內(nèi)支撐采用型鋼（工 20）整圓器的型式，并在縱向設(shè)置連接支架（型鋼工 18），具體布置形式如圖 4 所示。

圖4 下部隧道鋼支撐架設(shè)示意圖（單位：mm）

4.2.6 鋼套筒注意事項(xiàng)

1）鋼套筒回填料需提前適配，注意流動(dòng)性以確保回填的密實(shí)性，同時(shí)填料強(qiáng)度不宜過(guò)高，否則會(huì)造成掘進(jìn)緩慢、困難，從而引發(fā)其他風(fēng)險(xiǎn)。

2）套筒填料后密閉筒體并注入壓力水進(jìn)行檢查，采用逐級(jí)加壓的方式至設(shè)定值，模擬外界土層，達(dá)到內(nèi)外平衡，每級(jí)均要求穩(wěn)壓監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)檢查漏水及筒體的變形情況。

3）鋼套筒拆除前滲漏水檢查尤為關(guān)鍵，需通過(guò)多個(gè)點(diǎn)位、多種方式進(jìn)行確認(rèn)，若在拆除后出現(xiàn)涌水涌砂則功虧一簣，失去了鋼套筒接收的意義。

4）盾構(gòu)到達(dá)接收時(shí)，套筒內(nèi)的壓力應(yīng)與盾構(gòu)內(nèi)的壓力一致，保持外部的加壓系統(tǒng)，壓力不足時(shí)加水保壓，過(guò)高則排水瀉壓，需嚴(yán)密監(jiān)測(cè)鋼套筒的穩(wěn)定及變形情況，尤其是反力裝置及過(guò)渡環(huán)與洞門鋼環(huán)的密封牢靠性的監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)論及建議

本工程在周邊環(huán)境復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)極大的情況下順利完成了重疊隧道的盾構(gòu)接收任務(wù)，說(shuō)明通過(guò)加固區(qū)外施作 U 型塑性地下連續(xù)墻后再進(jìn)行旋噴樁加固并輔以鋼套筒接收的施工技術(shù)能夠大大降低盾構(gòu)接收的施工風(fēng)險(xiǎn)，為今后類似工程提供了良好的借鑒。此次盾構(gòu)接收時(shí)需先破除車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)方能進(jìn)行套筒回填，破除洞門環(huán)節(jié)仍存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)，建議后續(xù)類似工程中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)接收洞門處設(shè)置玻璃纖維筋，便于盾構(gòu)直接破洞而出，或者將U型塑性地下連續(xù)墻變?yōu)椤翱凇弊中腿忾]形式，降低洞門破除的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)安全接收。