毋海軍

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030032)

1 工程概況

長沙地鐵2號線芙蓉廣場站到五一廣場站區(qū)間長620 m，盾構(gòu)從芙蓉廣場站二次始發(fā)后在五一廣場站東端接收吊出，盾構(gòu)接收端位于330 m溶溝填充地段，主要以卵石填充為主，局部有大漂石，填充層埋深54 m，且底部灰?guī)r存在大量溶洞群。地層復(fù)雜，盾構(gòu)隧道埋深28 m，地下水與湘江連通，接收端不足10 m有已變形的口腔醫(yī)院古建筑物。

2 端頭加固技術(shù)探討

2.1 設(shè)計加固試驗

2.1.1 設(shè)計概述

設(shè)計采用袖閥管注漿加固，梅花形布設(shè)，間距1.2 m，加固長度為10 m，加固范圍是隧道外3 m，四周采用水泥水玻璃雙液漿，中間采用水泥漿注漿。

2.1.2 現(xiàn)場加固試驗情況

(1)傳統(tǒng)鉆機(jī)很難成孔

鉆機(jī)經(jīng)常鉆到漂石而卡鉆，一般需要2 d才能鉆到設(shè)計深度，鉆桿提出后四周砂卵石向孔內(nèi)擠壓而很難下袖閥管。

(2)鋼管機(jī)成孔缺陷多

鋼管鉆機(jī)鉆空時遇到漂石就無法接續(xù)鉆孔，遇到含泥量大地層成孔慢，而且下部鋼管內(nèi)殘余約3 m卵石使袖閥管下不到底，鋼管拔出后孔壁塌孔容易把袖閥管擠斷。

(3)注漿效果極差

由于加固深度超過32 m，地下水豐富，采用濃的水泥-水玻璃雙液漿容易堵塞注漿管，采用類似地層注漿配比，水泥漿水灰比為0.5∶1，水玻璃濃度為20～25Be'，水泥漿與水玻璃體積比為3∶1進(jìn)行注漿［1]，根據(jù)注漿取芯，固結(jié)體只有11%。

2.2 鉆注一體機(jī)加固試驗

2.2.1 鉆孔功效高

引進(jìn)750型鉆注一體機(jī)后，2 h能鉆32 m，無卡鉆現(xiàn)象，解決了其他鉆機(jī)成孔難的難題。

2.2.2 加固方案

設(shè)備、工藝選擇受限，地下水又與湘江有水力聯(lián)系，采用四周注雙液漿形成帷幕，再進(jìn)行內(nèi)部區(qū)域注水泥漿加固方案［2]。

2.2.3 存在大量加固盲區(qū)

該鉆機(jī)成鉆后一邊后退鉆桿，一邊從鉆桿芯中壓漿滲透加固，地面冒漿嚴(yán)重，注漿壓力小，漿液無法擴(kuò)散到孔間土體，加固后，在注漿孔之間取芯檢查無水泥固結(jié)體。

2.3 其他加固技術(shù)可行性

2.3.1 多重管旋噴加固技術(shù)分析

(1)加固機(jī)理分析

它是利用高壓水射流沖擊切割土體，用漿液置換細(xì)小的土粒和填充土顆粒之間空隙。待漿液凝固后，使土形成固結(jié)體［3]。該地層存在大漂石，噴射流無法切割顆粒使其置換填充。

(2)旋噴加固深度分析

旋噴機(jī)垂直度控制要求很高，實際施工中，加固越深，垂直誤差就越大，旋噴加固深度大于20 m，底部會存在加固盲區(qū)。該端頭加固深度達(dá)到32 m，不適合選用旋噴加固。

(3)地下水對旋噴加固影響

地下水會稀釋漿液，地下水流速越大，加固效果差。該地層存在動水，不宜采用旋噴加固。

2.3.2 冷凍加固技術(shù)分析

(1)加固機(jī)理分析

冷凍加固就是盾構(gòu)接收前，通過冷凍液循環(huán)將接收端土體的溫度降低，最終將土層凍結(jié)［3]。該地層有大量漂石，盾構(gòu)掘進(jìn)工期不可控，冷凍加固時機(jī)不好控制。

(2)加固缺陷分析

冷凍會擠壓土體膨脹，接收時溶沉?xí)?dǎo)致地面下沉量大。由于該接收端口腔醫(yī)院已開裂，采用冷凍加固工藝接收盾構(gòu)機(jī)，地面沉降可能導(dǎo)致口腔醫(yī)院變形破壞。

2.3.3 攪拌樁加固技術(shù)

(1)加固機(jī)理分析

攪拌加固就是利用特制的深層攪拌機(jī)械，利用水泥作為固化劑，將土體和固化劑強(qiáng)制攪拌，使之固結(jié)成一體。該地層存在大漂石，很難攪拌成樁。

(2)攪拌加固深度分析

攪拌加固深度超過15 m，樁與樁之間的底部很難攪拌成一體［3]。該端頭加固深度達(dá)到32 m，不適合選用攪拌加固。

(3)地下水對攪拌加固影響

地下水豐富會嚴(yán)重稀釋漿液，攪拌加固效果差。由于該地層存在動水，采用攪拌加固效果會更差。

2.3.4 混凝土墻聯(lián)合加固技術(shù)

(1)加固原理

其原理就是四周采用素混凝土墻，中間采用袖閥管或旋噴進(jìn)行加固。

(2)缺點分析

一是后施工素混凝土墻無法與原圍護(hù)結(jié)構(gòu)緊密密貼，二是中間富水卵石地層注漿效果差。

2.3.5 水平注漿加固技術(shù)

(1)加固原理

在盾構(gòu)隧道斷面施工水平注漿孔，安設(shè)袖閥管，施工止水墻，然后采用雙液漿進(jìn)行注漿［4]。

(2)缺點分析

隧道周邊加固體存在大量加固盲區(qū)，盾構(gòu)接收時存在涌水涌砂風(fēng)險。

3 補(bǔ)救措施可行性分析

3.1 全套筒接收可行性

3.1.1 補(bǔ)救原理

在洞門環(huán)外連接長12 m全封閉鋼套筒，并充填滿砂，盾構(gòu)破除素連續(xù)墻后繼續(xù)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)，待盾尾脫離洞門前進(jìn)行背后注漿后拆除鋼套筒［5]。

3.1.2 接收條件分析

該技術(shù)適用于泥水盾構(gòu)。而且需要較大操作空間。該區(qū)間盾構(gòu)為土壓盾構(gòu)，而且接收時與車站主體存在交叉作業(yè)，無法提供操作空間。不適合采用這種補(bǔ)救措施。

3.2 水或土中接收技術(shù)

3.2.1 補(bǔ)救原理

端頭加固存在缺陷時，在接收井中灌滿水或回填土使盾構(gòu)破除連續(xù)墻后，盾體外土體壓力得到平衡，從而杜絕涌水、涌砂［6]。

3.2.2 接收條件分析

該技術(shù)要求接收井四周封閉，由于盾構(gòu)在五一廣場站東端接收時，西端正施工底板，接收井無法形成四周封閉。

3.3 降水接收技術(shù)

3.3.1 補(bǔ)救原理

在端頭加固體四周施工降水井，盾構(gòu)接收前把水降到隧道底3 m，從而杜絕涌水、涌砂［7]。

3.3.2 接收條件分析

要求四周無建筑物，該接收端不足10 m有已開裂下沉口腔醫(yī)院，而且長沙市不允許人工降水。

4 接收新技術(shù)研發(fā)

該端頭無論采用何種加固技術(shù)都無法達(dá)到加固效果，接收環(huán)境又很難采用補(bǔ)救措施。必須尋找接收新技術(shù)，確保盾構(gòu)接收萬無一失。

4.1 新材料的啟示

成都地鐵、武漢地鐵和北京地鐵在接收洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用玻璃纖維筋代替鋼筋，實現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)直接破除洞門接收［8]，杜絕了人工破除洞門安全事故。

4.2 接收方案

傳統(tǒng)接收方案是在洞門安設(shè)止水簾布［9]。本工程比較特殊，接收方案為洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃纖維筋，在洞門鋼環(huán)內(nèi)設(shè)置止水環(huán)裝置，取消端頭地面加固。接收時采用從中盾上注入聚氨酯對盾體外土體進(jìn)行預(yù)加固。當(dāng)盾構(gòu)破除完連續(xù)墻運(yùn)用內(nèi)翻式止水簾布進(jìn)行盾體快速前移。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.3.1 刀盤破除連續(xù)墻防涌砂技術(shù)

(1)風(fēng)險分析

由于接收鋼環(huán)比盾構(gòu)刀盤直徑大20 cm，如果端頭沒有進(jìn)行加固，刀盤破除連續(xù)墻后，盾體外水和砂會從刀盤外側(cè)噴出，最終導(dǎo)致地面塌陷。

(2)止水環(huán)設(shè)計

止水環(huán)由3道橡膠環(huán)組成，橡膠環(huán)內(nèi)徑比刀盤直徑小20 cm，橡膠環(huán)之間用鋼板環(huán)來隔開，鋼板環(huán)內(nèi)徑比刀盤大 20 cm［10]。

(3)技術(shù)措施

洞門鋼環(huán)預(yù)埋前，在地面把止水環(huán)和洞門鋼環(huán)連接成整體［10]，安裝時保證最后一道止水環(huán)與連續(xù)墻緊密粘貼(圖1)。

圖1 洞門環(huán)實物安裝

4.3.2 盾體接收中防涌水技術(shù)

(1)風(fēng)險分析

傳統(tǒng)盾構(gòu)接收止水簾布為外翻式，接收時采用鋼絲繩拉緊后進(jìn)行盾體接收，盾體前移過程中姿態(tài)很難控制，無法使止水環(huán)與盾體緊密粘貼，從而導(dǎo)致涌水。

(2)內(nèi)翻式止水簾布開發(fā)

在洞門鋼環(huán)外側(cè)預(yù)留螺栓固定孔，止水簾布安裝好后，用螺栓把一個比洞門直徑小10 cm的鋼環(huán)固定在簾布翻板后面，通過擰緊螺栓使鋼環(huán)擠壓止水簾布翻板前移(圖2)，使止水簾布形成內(nèi)翻［10]。

圖2 內(nèi)翻式止水簾布形成示意

(3)技術(shù)措施

①鋼環(huán)外焊接L形鋼板，刀盤破除連續(xù)墻后立即清除渣土，然后空推盾構(gòu)使刀盤抵向L形鋼板，并不斷拖住鋼環(huán)前移動脫離翻板，使止水簾布快速回彈在盾體上［11]。

②在洞門鋼環(huán)上預(yù)留注漿孔，當(dāng)止水簾布回彈到盾體上后，立即從預(yù)留注漿孔中注入盾尾油脂填充止水簾布和止水環(huán)之間空隙。

4.3.3 端頭防沉降技術(shù)

(1)沉降分析

由于盾構(gòu)開挖直徑比盾體大2 cm，盾體又比管片大20 cm，該端頭為砂卵石地層，如果不進(jìn)行加固，盾構(gòu)掘進(jìn)接收時，盾體外土體會因盾尾前移而坍塌，最終導(dǎo)致端頭沉降，而且沉降一定會很大，甚至導(dǎo)致已開裂的口腔醫(yī)院破壞。

(2)經(jīng)驗借鑒

盾構(gòu)在獅子洋過江隧道破碎帶掘進(jìn)時，刀具磨損嚴(yán)重，開挖面比較松散，刀盤無法轉(zhuǎn)動，在刀盤上部注聚氨酯，漿液膨脹使松散體固結(jié)形成應(yīng)力拱，無沉降，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動刀盤換刀［12]。

(3)應(yīng)對措施

①盾構(gòu)制造時，在中盾體四周設(shè)置徑向注漿孔，當(dāng)盾構(gòu)刀盤離洞門10 m時，邊掘進(jìn)邊從盾體徑向注漿孔內(nèi)注入聚氨酯，聚氨酯遇水膨脹擠壓使盾體上部土體形成應(yīng)力拱［12]。

②刀盤破除連續(xù)墻后，一邊空推前移盾體一邊進(jìn)行同步注漿填充開挖體與管片之間空隙。

③盾尾離開最后一環(huán)管片前，在最后一環(huán)管預(yù)留注漿孔中注入聚氨酯，然后對最后幾環(huán)管片采用水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行補(bǔ)注漿。

5 方案實施效果評價

5.1 地面沉降小

盾構(gòu)離洞門10 m時開始邊慢速掘進(jìn)邊從盾體拱部徑向注漿孔內(nèi)注入聚氨酯，預(yù)加固效果好，減少了管片注漿前土體擾動，盾構(gòu)接收后，地面最大沉降不到4 mm，確保了端頭口腔醫(yī)院安全。

5.2 止水環(huán)作用顯著

刀盤破除連續(xù)墻后，止水環(huán)與刀盤緊密密貼，無噴水涌砂，刀盤拖住鋼環(huán)一起前移使止水簾布回彈到盾體(圖3)。盾體前移整個過程中無滲水。

圖3 止水簾布彈向盾體示意

5.3 施工成本低

取消端頭加固，大大簡化盾構(gòu)接收施工工藝，節(jié)約上百萬加固費(fèi)用，增加止水鋼環(huán)只用5萬元，施工成本低。

6 結(jié)語

接收前利用盾體預(yù)留注漿管徑向注入聚氨酯，及時填充盾體外空隙和堵塞水流通道，有效控制接收端地層沉降，實用性強(qiáng)。研發(fā)彈性橡膠止水環(huán)取代傳統(tǒng)端頭加固，有效地預(yù)防刀盤破除連續(xù)墻瞬間涌水涌砂，方法新穎。開創(chuàng)內(nèi)翻式止水簾布接收技術(shù)，根據(jù)盾體姿態(tài)自動有效地使止水簾布直至彈壓在盾體上，技術(shù)先進(jìn)，推廣前景好。

［1]房安民，錢新，王巖.復(fù)雜場地條件下盾構(gòu)進(jìn)洞端頭加固技術(shù)［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(3):98-100.

［2]王迎新.動壓富水砂層盾構(gòu)換刀加固技術(shù)［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(7):46-49.

［3]江玉生，王春河，江華，等.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)端頭加固理論研究與工程實踐［M].北京:人民交通出版社，2011.

［4]段志宏.水平深孔注漿在盾構(gòu)端頭加固的應(yīng)用［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(10):119-121.

［5]馮偉浩.淺析盾構(gòu)到達(dá)利用接收鋼套筒施工工藝和相關(guān)問題［J].建筑與裝飾，2010(2):176-178.

［6]邢慧堂.超大型泥水盾構(gòu)水中接收施工技術(shù)［J].鐵道建筑，2010(8):46-48.

［7]呂寶偉.大直徑盾構(gòu)小曲線段接收技術(shù)探討［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(11):94-96.

［8]蘇明，張宏斌.玻璃纖維筋在連續(xù)墻中運(yùn)用［J].隧道建設(shè)，2011(5):73-76.

［9]陳計明.淺談隧道盾構(gòu)施工離進(jìn)站的技術(shù)措施［J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2002(9):58-59.

［10]王宗勇.特殊環(huán)境條件下盾構(gòu)進(jìn)洞施工工法［Z].太原:山西省城鄉(xiāng)和住房建設(shè)廳，2011.

［11]王宗勇，雷軍，高治雙，毋海軍.一種溶溝地層盾構(gòu)進(jìn)洞施工方法:中國，201110417720［P].2012-06-27.

［12]王宗勇.破碎帶盾構(gòu)脫困與刀盤施工工法［Z].太原:山西省城鄉(xiāng)和住房建設(shè)廳，2010.