霍元盛

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司,西安 710021)

1 工程概況

深圳地鐵2號(hào)線東延線黃貝嶺站～新秀站區(qū)間盾構(gòu)隧道起點(diǎn)為中間盾構(gòu)工作井,沿新秀路前行,下穿沙灣橋,終點(diǎn)為新秀站西端井,左線全長681.351 m,右線全長675.921 m。沙灣河橋3號(hào)橋臺(tái)為φ1.2 m挖孔樁基礎(chǔ),有10根樁位于線路斷面范圍內(nèi),盾構(gòu)機(jī)無法穿越,由于周圍建筑物和地形的限制,左線ZDK35+476.0～ZDK35+518.0(42 m)和右線YDK35+472.0～YDK35+518.0(46 m)段,設(shè)計(jì)采用豎井加橫通道至正線,礦山法開挖至橋頭于洞內(nèi)被動(dòng)托換沙灣河橋樁基礎(chǔ),盾構(gòu)空推、拼管片通過礦山法地段。盾構(gòu)過沙灣河橋樁基托換段施工平面見圖1。

2 施工方案比選

目前,我國盾構(gòu)空推施工技術(shù),由于地質(zhì)條件和環(huán)境不同,各施工單位采用的方案也不盡相同,常用的施工方案有以下幾種。

方案一：隧道底部采用C50混凝土施做導(dǎo)臺(tái),靠近掌子面前10 m全斷面、后15 m半斷面回填渣土。開始掘進(jìn)不出渣,用回填土填充管片與暗挖隧道間的間隙并增大推力,掘進(jìn)至最后再正常出渣,管片壁厚注漿采用同步注漿與二次注漿相結(jié)合。

圖1 盾構(gòu)過沙灣河橋樁基托換段施工平面

方案二：隧道底部采用C50混凝土施做導(dǎo)臺(tái),不進(jìn)行任何回填,在暗挖隧道初期支護(hù)及導(dǎo)臺(tái)上預(yù)埋頂推反力裝置,當(dāng)盾構(gòu)空推一定距離后,刀盤頂至預(yù)埋裝置上,壓緊后續(xù)管片,然后割除頂推反力裝置,繼續(xù)向前掘進(jìn)。該方案管片與暗挖隧道間隙較大,為使管片壁厚密實(shí),通過二次注漿孔向管片壁厚回填豆礫石并進(jìn)行二次注漿。

方案三：全斷面采用渣土、砂漿等回填密實(shí),正常掘進(jìn)通過。

考慮到本段工程,沙灣橋樁基托換段西側(cè)在沙灣河下,隧道頂部至河底僅為10 m,上覆地層主要為粗砂層、拱頂1～2 m為全風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖,礦山法開挖掌子面位于沙灣河的正下方,地下水豐富,巖層自穩(wěn)性較差,空推段達(dá)46 m。方案一和方案二均不適宜,方案三也有掘進(jìn)方向不易控制的缺陷,為此在上述3個(gè)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)合實(shí)際情況制定了如下施工方案。

(1)左線ZDK35+476.0～ZDK35+488.0(12 m)、右線YDK35+472.0～YDK35+484.0(12 m)段在開挖過程中,由于掌子面錨桿影響盾構(gòu)掘進(jìn)無法施工的情況下,分臺(tái)階分段回填與托換梁澆筑(托換梁設(shè)計(jì)為C30混凝土)一起施工,全斷面采用C30混凝土回填。

(2)不施做導(dǎo)臺(tái),隧道底部700 mm(線路中線處厚度)澆筑C15素混凝土,盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)切削混凝土高度為460 mm。

(3)由于工期緊張,左線ZDK35+488.0～ZDK35+518.0(30 m)上部6 060 mm采用M2.5砂漿回填；右線YDK35+484.0～YDK35+518.0(34 m)中部4 000 mm采用渣土回填,頂部2 060 mm采用M2.5砂漿回填。

(4)橫通道及豎井底部(橫通道頂部以上1 m)采用M2.5砂漿回填,豎井剩余部分采用渣土回填。

(5)渣土回填料要均勻、均質(zhì),保證掘進(jìn)中螺旋機(jī)能夠正常出渣。

樁基托換段回填平面及橫斷面示意分別見圖2、圖3。

圖2 樁基托換段回填平面示意(單位：mm)

圖3 樁基托換段回填橫斷面示意(單位：m)

3 掘進(jìn)施工

3.1 掘進(jìn)模式

盾構(gòu)掘進(jìn)C30混凝土回填段采用敞開模式掘進(jìn),掘進(jìn)其余部分采用半敞開模式,以增大盾構(gòu)機(jī)推力,壓緊后續(xù)管片,確保管片質(zhì)量。

3.2 掘進(jìn)參數(shù)

施工采用的是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī),掘進(jìn)中隨著回填材料的不同而改變掘進(jìn)參數(shù),當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)C30混凝土回填段前1 m及剩余最后1 m時(shí),要減小推力及速度(≤20 mm/min),注意觀察盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、出渣情況及扭矩大小,調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)及速度。其余托換段掘進(jìn)速度也不宜過快(20～40 mm/min),因?yàn)榈撞炕靥頒25混凝土,上部為渣土及砂漿,相當(dāng)于上軟下硬地層,掘進(jìn)速度過快將對(duì)刀具不利。盾構(gòu)機(jī)在不同回填段實(shí)際掘進(jìn)參數(shù)見表1。

表1 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)

3.3 盾構(gòu)姿態(tài)控制

掘進(jìn)中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)線路進(jìn)行,盡量避免盾構(gòu)機(jī)發(fā)生偏離,將水平偏差X、豎直偏差Y控制在±50 mm以內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)刀盤與暗挖隧道理論間隙為240 mm(刀盤半徑3 140 mm,隧道內(nèi)徑3 380 mm),若盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏離過大,可能會(huì)使盾構(gòu)機(jī)刀盤頂?shù)揭验_挖完成的暗挖隧道,導(dǎo)致無法掘進(jìn)。即使姿態(tài)發(fā)生偏離,糾偏時(shí)也不要過急,應(yīng)按技術(shù)要求執(zhí)行。

掘進(jìn)過程中,盡可能將盾構(gòu)機(jī)豎直姿態(tài)控制在-20 mm左右,給管片預(yù)留一定的上浮量。

3.4 同步注漿及二次注漿

樁基托換段已成形暗挖隧道具有很好的自穩(wěn)能力,掘進(jìn)中主要控制注漿量,使管片與暗挖隧道之間的間隙填充飽滿,穩(wěn)定管片,防止管片脫出盾尾后發(fā)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象,并增強(qiáng)隧道的防水能力。

(1)同步注漿

通過礦山法段,應(yīng)縮短漿液的初凝時(shí)間,及時(shí)穩(wěn)定管片,根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),同步注漿擬采用表2所示的配合比,并在施工中通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化確定最合理的配合比。

表2 同步注漿配比 kg

漿液初凝時(shí)間控制在6～9 h,7 d強(qiáng)度大于2.0 MPa。

同步注漿通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的內(nèi)置注漿管,在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成的同時(shí)進(jìn)行,采用頂部2條管路(1號(hào)、4號(hào)管)對(duì)稱注漿,減小管片上浮量。每環(huán)管片注漿量為5.5～6 m3,主要控制管片壁厚填充飽和度,并根據(jù)管片檢測(cè)情況調(diào)整注漿量。

(2)二次注漿

當(dāng)管片出現(xiàn)滲漏水、嚴(yán)重上浮或同步注漿不飽滿時(shí),及時(shí)采取二次注漿,對(duì)同步注漿起充填和補(bǔ)充作用。二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿,漿液的凝膠時(shí)間調(diào)整至30 s左右,雙液漿的初步配比見表3。

表3 雙液漿漿液配比

二次注漿采用自備的2ZBQ-75/2氣動(dòng)雙液注漿泵,注漿部位主要為11點(diǎn)、1點(diǎn)位,注漿過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料試驗(yàn)?zāi)z時(shí)間,調(diào)整配比,注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa。

3.5 管片拼裝

(1)管片下井前必須認(rèn)真檢查是否有缺棱掉角、三元乙丙橡膠止水條是否完整無缺陷、粘貼牢固及丁腈橡膠傳力襯墊粘貼位置是否正確等。

(2)管片選型以滿足隧道線形為前提,重點(diǎn)考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一循環(huán)掘進(jìn)限值,確保有合適的盾尾間隙,以防盾尾接觸并擠壓管片,造成管片破損。

(3)拼裝前將管片沖洗干凈,尤其是止水條、手孔及螺栓孔。

(4)管片安裝必須從隧道底部開始,然后依次安裝相鄰塊,最后安裝封頂塊。封頂塊安裝前,應(yīng)對(duì)止水條進(jìn)行潤滑處理,安裝時(shí)先徑向插入2/3,調(diào)整位置后緩慢縱向頂推插入。

(5)管片拼裝嚴(yán)格按照有關(guān)設(shè)計(jì)和規(guī)范執(zhí)行,保證拼裝過程無管片破損、錯(cuò)臺(tái)過大(環(huán)縫大于6 mm,縱縫大于5 mm)等情況發(fā)生。

(6)管片安裝完后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行連接螺栓緊固,并在管片環(huán)脫離盾尾后對(duì)管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固。

3.6 施工監(jiān)測(cè)

盾構(gòu)通過礦山法段每掘進(jìn)5環(huán)對(duì)成環(huán)管片及盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)檢測(cè)1次,每天對(duì)沙灣河橋橋面及橋臺(tái)監(jiān)測(cè)2次,并根據(jù)管片檢測(cè)及沙灣河橋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),確保施工質(zhì)量。

掘進(jìn)中對(duì)沙灣河橋影響很小,沙灣橋共3跨,監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置在0號(hào)臺(tái)后(L1),0號(hào)臺(tái)頂(L2),1號(hào)墩頂(L3),2號(hào)墩頂(L4),3號(hào)臺(tái)頂(L5),3號(hào)臺(tái)后(L6)共6個(gè)點(diǎn),其中各臺(tái)墩頂沉降監(jiān)測(cè)成果見表4。

表4 沙灣橋沉降監(jiān)測(cè)成果 mm

3.7 施工注意事項(xiàng)

(1)盾構(gòu)通過C30混凝土回填段時(shí),提前做好刀具檢查與更換工作,使得刀具能夠完全破巖,避免造成不必要的停機(jī)。

(2)盾構(gòu)通過各交界面(軟巖地層～C30混凝土段～土石、砂漿回填段～硬巖地層)時(shí),注意掘進(jìn)參數(shù)變化,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(3)出現(xiàn)管片滲漏水或嚴(yán)重上浮現(xiàn)象,立即采取二次注漿措施進(jìn)行堵漏、穩(wěn)定管片。

4 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)施工人員7天7夜的不懈努力,盾構(gòu)機(jī)于2010年3月4日順利完成礦山法段(355環(huán)～385環(huán))的掘進(jìn)。通過該礦山法段的掘進(jìn)施工,對(duì)采用回填后掘進(jìn)施工的一些利弊和體會(huì)進(jìn)行了思考、總結(jié),希望對(duì)類似工程提供參考。

(1)管片姿態(tài)及上浮得到了有效控制,根據(jù)管片檢測(cè)結(jié)果,管片最大水平偏移量為+34 mm(第378環(huán)),最大垂直偏移量為+26 mm(第371環(huán)),最大上浮量為36 mm(第381環(huán))。

(2)管片錯(cuò)臺(tái)均很小,有4環(huán)管片(第355～361環(huán)間,且均為9點(diǎn)位)封頂塊錯(cuò)臺(tái)較大,最大縱向錯(cuò)臺(tái)為7 mm,最大環(huán)向錯(cuò)臺(tái)為13 mm,仍然在規(guī)范要求的縱向10 mm、環(huán)向15 mm范圍內(nèi)。

(3)基本杜絕了管片滲漏水(僅第377環(huán)出現(xiàn)滲水),并在打穿管片二次注漿孔后只出現(xiàn)少許滲水,說明管片壁厚與暗挖隧道間隙填充密實(shí)。

(4)河道下方即靠近掌子面12 m采用全斷面混凝土回填,當(dāng)?shù)侗P掘進(jìn)至土石回填段時(shí),盾尾(盾體+刀盤長度為8.5 m)已進(jìn)入全斷面混凝土回填段并完成了同步注漿,有效防止了河水通過盾體與開挖面間隙滲入托換段。

(5)采取砂漿回填易將洞內(nèi)填飽滿,空隙小,僅有少量隧道滲漏水充滿隧道內(nèi)空隙,掘進(jìn)中未出現(xiàn)噴涌現(xiàn)象。

(6)隧道底部回填700 mm、厚C15素混凝土能夠有效控制盾構(gòu)機(jī)栽頭,保持盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),免去施工C50鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)的復(fù)雜工序及費(fèi)用,但對(duì)邊緣滾刀磨損較大。

(7)礦山法段掘進(jìn)完成后立即組織開倉檢查,發(fā)現(xiàn)回填砂漿易造成中心滾刀結(jié)泥餅,致使5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)中心滾刀偏磨損嚴(yán)重,其余滾刀均為正常磨損。應(yīng)及時(shí)清理泥餅,若繼續(xù)掘進(jìn),則將對(duì)刀具造成更大損壞。

(8)該段回填砂漿約1 750 m3(除去原設(shè)計(jì)橫通道及豎井回填量),材料費(fèi)用高,回填渣土可節(jié)約成本,但若空推斷距離過長采用全斷面回填法則不經(jīng)濟(jì)。

(9)回填的C30混凝土強(qiáng)度太高,對(duì)掘進(jìn)造成一定的困難,若掌子面能夠確保穩(wěn)定,保證安全的情況下,可采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土回填。

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