富水砂卵石層臨近既有橋墩常壓開倉施工技術研究

文／張紋豪 中鐵十五局集團有限公司 四川成都 610000

1、工程概況

倪家橋站～火車南站區間盾構隧道，起止里程Y(Z)DK1 8+081.366～YDK19+688.922(ZDK19+689.610)，右線長1607.060m、左線長1607.996m。根據現場施工狀況可知，在左線7環至22環的施工中，存在推進速度波動明顯、推力高于正常值、刀盤扭矩增加的變化，難以順利完成掘進作業。為此，考慮帶壓作業條件差及風險高等因素，需組織常壓開倉作業，由專業人員對土倉做全方位的排查及處理，以便繼續后續的盾構掘進作業。

2、開倉位置選擇

倪火盾構區間左線現掘進至22環（刀盤位置28環，里程ZDK19+647.897），需再掘進8.21m，刀盤到達34環位置（里程ZDK19+639.687）后停機開倉。

3、開倉位置工程環境概況

（1）工程地質

開倉位置隧道埋深約12.608m，隧道拱頂為稍密卵石土，隧道斷面由上到下依次為約4.7m稍密卵石土、3.2m中密卵石土及0.4m強風化泥巖，開倉位置地層穩定性較差。卵石土中的卵石成分主要以巖漿巖、變質巖類巖石組成。以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量60～80%，粒徑以20～80mm為主，部分粒徑大于150mm。夾零星漂石，由探井揭示，最大漂石粒徑達300mm。

（2）水文地質

根據地質勘探報告的反饋，施工區域內地下水位呈西北高東南低，且具有埋藏位淺、季節性變化的特點，洪水期集中在7月、8月、9月，枯水期主要是12月、1月、2月，其中8月份地下水位埋深最淺，洪水期地下水水位埋深約為2～4m，枯水期地下水水位埋深為3～5m，結合區域內地下水水位動態長期觀測資料，在普遍天然情況下，區內水位變化幅度約為，中測得場地地下水位埋深為2.1～11m。

（3）管線情況

圖1 開倉停機位置管線平面圖

根據管線探測圖和現場實際調查情況，盾構機停機位置范圍內無管線，盾構機停機位置附近主要存在的管線有：一條D600污水管，距離停機位置前方7.73m，埋深7.7m，一條350×150mm通信箱涵，距離停機位置后方5.45m，埋深0.7m，一條250×150mm通信箱涵，平行于左線隧道東側3～3.67m。

（4）既有橋墩 盾構隧道在Y（Z）C19+160～Y（Z）C19+670里程范圍側穿火車南站跨線橋（火車南站以北段）。該橋為獨立樁基礎，橋面為連續梁，基礎位于密實卵石層。隧道側穿橋梁基礎，最小凈距約2.3m。隧道右線穿越地層主要復合卵石土和強風化泥巖。

4、開倉區域地層處理

考慮常壓開倉的施工風險，結合砂卵石地層的自穩性差，且臨近既有橋墩，開倉風險較大，必須采取相應技術措施。采用6根φ1500@1750mm混凝土素樁+2口降水井進行加固處理。樁底標高為472.51m，嵌入隧道底1m，樁頂標高為地面以下3m，即樁長約18.908m。即開倉位置為盾構機刀盤磨樁1m，保證土倉頂部在加固范圍內。

為保證盾構掘進過程中橋的安全，需對以下橋墩采取一系列加固措施，具體需加固的橋墩如下：

開倉位置新增素樁距離既有天府立交橋C-2橋樁，中心間距5.2m，凈距3.7m，既有橋樁樁底標高為480.124m，位于<3-8-2>中密卵石層中，距離強風化泥巖6.2m，新增素樁樁底標高為472.51m，位于<5-2>強風化泥巖，進入強風化泥巖1m，既有橋樁與新增素樁樁底豎向間距7.614m。既有橋樁前期考慮盾構側穿進行了預加固處理，預加固處理措施為DN219@500mm鋼管隔離樁+袖閥管注漿，鋼管隔離樁伸入隧道下1m，樁底標高為472.774m，鋼管隔離樁施工完成后，進行注漿加固，加固范圍為既有橋樁周邊2m，樁底以下2m。

C-1、C-2號橋墩基礎均為1根直徑1.5m的摩擦樁，其中C-1樁長14.2m，樁頂標高493.721，C-2樁長12m，樁頂標高492.124，均需要加固處理。樁基加固采用地面預注漿+洞內注漿+隔離樁的加固方式，詳見下圖2。

圖2 C-1、C-2號橋墩與區間隧道位置剖、平面關系圖

5、洞內加固

（1）為降低風險，避免盾構通過建筑的沉降及位移，選擇在局部段落的管片上增設注漿孔、打設注漿管，灌注漿液，加固隧道周邊地層。臨近圍護樁側半圓增設注漿孔，注漿范圍3m，洞內注漿通過注漿孔（含吊裝孔）進行，增設注漿孔管片由管片廠提供，嚴禁擅自開孔。注漿管采用φ42×3.5mm的鋼花管，其總長度為3m。

（2）洞內加固二次深孔的工藝流程如下：

（3）注漿材料：在隧道開挖對地表建筑物影響較大的地段，防止周邊土體松動領域的擴大，選擇水泥—水玻璃雙液型漿液。根據以往的施工經驗，水泥漿所用材料及配比如下：

1m3的配合比為（kg/m3）水泥：水=500:680的水泥漿，水泥漿：水玻璃=10:1（體積比）。在具體的施工中，應根據實際情況對配合比做相應的調整，盡快達到凝固時間。

（4）注漿施工。洞內加固注漿通過注漿孔（包括吊裝孔）進行，漿液采用同步注漿漿液，在管片脫出盾尾第4～5環開孔，每掘進2環開孔一個，注漿量一般控制在1～2m3，注入率系數取1，具體的注漿壓力與注漿量需根據現場實際情況而定。1）注漿壓力。雙液漿注漿壓力控制在0.3～0.4MPa。2）二次補強注漿工藝。在注漿前先選擇合適的注漿孔位，戴上注漿單向球閥后，用電錘鉆穿該孔位后3cm保護層，往里面打20cm深孔開孔，放入一節1m長鋼花管，繼續旋轉進入，鋼花管共計長3m，接著再安裝連接三通，并在三通2邊接入水泥漿管和水玻璃管。在開展雙液漿注漿作業時，應先注入純水泥漿液，持續1min，接著再開啟水玻璃閥，混合注入純水泥漿液和水玻璃，終孔時應調整水玻璃的濃度，以保證注漿質量。在完成前一注漿孔的注漿作業后，應保持靜止5～10min，再打開注漿頭，疏通檢查注漿效果，若發現水很大，應再次進行注漿作業，直至較少水從注漿孔流出。拆除注漿頭后，應及時采用雙快水泥砂漿對注漿孔進行封堵，接著再用塑料螺堵進行封堵，循環完成所有注漿孔位的注漿作業。相鄰管片孔位示意圖如圖3：

圖3 相鄰管片孔位示意圖

根據施工規范，應在預注漿孔設置排氣孔和安裝注漿單向逆止閥，在注漿過程中應同時打開球閥和注漿單向逆止閥，直到漿液從注漿孔中冒出，關閉球閥，等待10min后打開注漿頭，檢查注漿情況，若有水溢出，則要繼續進行注漿。

（5）注漿結束標準。1）在開展注漿前和注漿過程中，應動態觀察管片情況，若管片出現移位等異常情況，應馬上停止注漿對異常進行排查；2）注漿過程中應密切關注土倉壓力，若發現土倉壓力出現異常應立即停止注漿，如實記錄和上報；3）在完成注漿孔注漿作業后，應靜待5～10min，再打開注漿頭，檢查注漿情況，若水很大，應繼續進行注漿作業，直至水變小后才能夠實施終孔，拆除注漿頭，注入雙快水泥砂漿和采用塑料螺堵進行封閉。

6、輔助及應急措施

6.1 止水環箍

（1）嚴格執行施工規范對隧道內脫出盾尾的3～10環管片進行二次注雙液漿，加固管片，保證止水效果，避免盾尾后部的地下水滲入盾體區域，提升開倉的安全性。

（2）控制注漿壓力，采用壓力流量雙重控制的方式對注漿壓力進行控制，其中以壓力控制為主，流量控制為輔助，使得注漿壓力保持在0.2～0.35MPa范圍內。

6.2 管片加固措施

在完成管片背后二次補漿作業后，施工人員要對盾構臺車范圍內的所有管片螺栓進行復核緊固，并采用4道10號槽鋼拉緊盾尾后部15環管片，加固管片，提升止水效果。

6.3 應急措施

充分討論，反復研究，制定科學的應急預案，并在開倉前組織現場演練，24h全天候對施工現場進行巡視監督，加強對地面沉降的檢查監測，每天不少于6次，詳細如實記錄監測數據，及時將監測報告反饋至值班技術人員，如果發現異常情況要立即反饋上報，避免問題擴大化。

7、開倉準備

（1）適度掘進（到達開倉區域）

盾構機以滿倉、保壓的狀態掘進，在此期間檢測并有效控制出土量。隨著運行進程的推進，臨近和切入素樁加固體時，調控好速度，此過程始終不超過20mm/min，而為了最大限度減小刀具的磨損量，摻適量的膨潤土，用于潤滑。

（2）開倉的安全性評價

系統性地評價開倉部位的地質條件，檢測倉內各項與安全有關的指標（含氧量、有毒有害氣體濃度等），在確保無安全狀況的前提下，方可開倉。

（3）開倉前止水封堵措施

1）盾構掘進至臨近開倉位置的加大同步注漿量，保證填充密實；

2）為確保截斷管片后的水路，需在盾尾第4～10環范圍內通過管片注漿孔二次補漿（雙液漿），形成止水環，確保掌子面無后方來水，漿液采用水玻璃與水泥漿1:1比例調制（具體根據現場實際情況進行調整）；

3）止水環施做完畢后，應對止水效果進行檢查確認。采取擊穿止水環前方的管片注漿孔檢查止水效果，如仍有滲漏水，應重新進行二次注漿。

8、開倉過程

盾構開倉技術要點較多，為了保證開倉的安全性和有效性，需按照特定的流程有序進行，例如實施簽認制度等，開倉后冷卻土倉并加強空氣置換。具體的開倉流程，如圖4所示。

圖4 開倉換刀流程

降水井運行一周后，刀盤位置靜態水位達到15.73m時，進行開倉作業。

經進倉檢查：刀盤整體嵌入樁體情況良好，掌子面堅實穩固，除1點鐘方向存在少量滲水外，整體滿足開倉作業條件，地層處理達到預期目的。

刀盤磨損情況良好，無斷刀、掉刀現象，取出一根嵌入刀槽約2m的鋼筋并關閉倉門試掘進后，參數恢復正常。

盾構停機至恢復掘進過程中，經監測數據反映刀盤位置地層及橋墩沉降變形可控。

結語：

（1）在富水砂卵石地層中，采用鉆孔灌注樁技術能夠有效平衡刀盤前端水土壓力，實現加固地層和輔助降水，改善常壓進倉環境的目的；

（2）對刀盤前端既有橋墩采取隔離樁及袖閥管注漿加固措施，可以有效保護既有橋墩的安全；

（3）重視監控量測工作，特別是對砂卵石地層、橋墩的監測，及時反饋并指導開倉作業。

通過加強以上施工過程控制，并嚴格按照施工參數規范施工，順利完成了富水砂卵石地質環境下臨近既有橋墩常壓開倉處理盾構故障作業，為類似工況下的開倉施工提供借鑒。