吳 瓊

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司， 北京 101100)

富水圓礫地層盾構(gòu)短套筒接收施工關(guān)鍵技術(shù)

吳 瓊

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司， 北京 101100)

富水圓礫地層因其含水量高、滲透系數(shù)大、化學(xué)注漿加固成形率差，增加了盾構(gòu)接收進(jìn)洞的施工難度。以南寧軌道交通1號(hào)線10標(biāo)白蒼嶺—火車站站區(qū)間盾構(gòu)接收進(jìn)洞施工為例，運(yùn)用“接長補(bǔ)短”理念，創(chuàng)新性地提出盾構(gòu)短套筒接收施工工藝。在洞門環(huán)板前端通過增加短套筒的方式延長盾構(gòu)機(jī)接收長度，使盾構(gòu)機(jī)接收位置前移，盾構(gòu)機(jī)在短套筒的保護(hù)下能夠完全進(jìn)入端頭加固區(qū)，結(jié)合對(duì)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)尾部已脫出盾尾的管片二次注漿封堵或者地面降水措施，保證在盾構(gòu)機(jī)接收過程中端頭加固體內(nèi)部水系與外界處于隔離狀態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)在接收過程中不發(fā)生涌水、涌砂，達(dá)到安全接收的目的。

城市軌道交通； 圓礫地層； 盾構(gòu)； 短套筒； 接收

盾構(gòu)機(jī)接收是盾構(gòu)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)較大的環(huán)節(jié)，為應(yīng)對(duì)盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)，通常都需要對(duì)接收端頭土體進(jìn)行加固處理，使端頭土體強(qiáng)度與抗?jié)B性滿足設(shè)計(jì)要求。端頭加固方法有深層攪拌樁、高壓旋噴樁、素混凝土地下連續(xù)墻、冷凍加固、SMW 工法、注漿加固、復(fù)合處理法等[1-5]。但上述端頭加固工藝大多對(duì)場地條件要求較高，而實(shí)際工程中常常因場地空間有限，管線拆遷困難，地質(zhì)條件惡劣等原因難以保證端頭加固長度，使得盾構(gòu)機(jī)接收風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大。因此，一種既能降低工程造價(jià)，又能靈活改變端頭加固長度的接收設(shè)備呼之欲出。近幾年發(fā)展起來的鋼套筒[6-10]，在盾構(gòu)接收方面，雖然大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，但是整個(gè)接收系統(tǒng)造價(jià)非常高，并且接收過程的接收設(shè)備安裝復(fù)雜，過程繁瑣。本文以南寧軌道交通1號(hào)線建設(shè)為背景，在既有鋼套筒接收技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展短套筒接收工藝，并探討富水圓礫地層條件下的實(shí)施效果。

1 盾構(gòu)短套筒接收原理及適用性分析

短套筒接收方法是通過在洞門環(huán)板前端增加短套筒和封板來延長盾構(gòu)機(jī)接收長度，使盾構(gòu)機(jī)接收位置向前移，再結(jié)合套筒內(nèi)灌注砂漿措施，大大降低盾構(gòu)機(jī)盾殼與接收套筒、端墻之間的間隙，有效阻擋外部水土的通過。

采用短套筒接收，應(yīng)用“接長補(bǔ)短”的理念，在工作井內(nèi)外接密閉短套筒，彌補(bǔ)了盾構(gòu)接收端頭土體加固長度不足的問題，極大地降低了盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)涌水涌砂的風(fēng)險(xiǎn)。

短套筒接收系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在接收條件受限的情況下，可根據(jù)盾構(gòu)主機(jī)長度和端頭加固長度來選擇加工長度合適的套筒，非常適合城市地鐵、水利泥水盾構(gòu)、土壓盾構(gòu)接收，且整套系統(tǒng)可以重復(fù)利用。同時(shí)在接收過程中，刀盤盡量貼近封板可以有效地減少接收時(shí)產(chǎn)生的渣土。

2 盾構(gòu)短套筒接收工藝及流程

2.1 施工流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程Fig.1 Construction process of short sleeve shield machine reception

1) 為保證盾尾完全進(jìn)入加固體時(shí)，對(duì)脫出盾尾的管片及時(shí)進(jìn)行注漿封堵，盾構(gòu)機(jī)在接收掘進(jìn)過程中，需運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，精確地計(jì)算出刀盤及盾尾密封刷所在位置，準(zhǔn)確掌握盾構(gòu)機(jī)停止位置和盾尾注漿時(shí)機(jī)。

2) 避免二次注漿漿液與盾體粘連，在進(jìn)行二次注漿前通過盾體的徑向注漿孔向盾體外側(cè)注入膨潤土泥漿，使泥漿包裹在盾體外側(cè)形成泥膜，隔離盾體與注漿漿液。

3) 盾尾完全進(jìn)入加固體后，及時(shí)進(jìn)行注漿封堵隔絕外部水系；再對(duì)加固體內(nèi)輔以降水措施，使加固體中的水位線低于開挖底面。

4) 短套筒分3塊組成，通過法蘭螺栓連接成環(huán)，再安裝到洞門預(yù)埋環(huán)形鋼板上，接著安裝短套筒前端的封板及支撐裝置。

5) 在洞門破除前向密閉短套筒內(nèi)注滿砂漿，保證盾構(gòu)處于良好的接收姿態(tài)。

6) 盾構(gòu)機(jī)破除洞門掘進(jìn)至短套筒內(nèi)，采用欠壓開挖模式能減小開挖倉內(nèi)泥水對(duì)短套筒和封板的壓力，確保短套筒穩(wěn)定性、安全性。

7) 當(dāng)盾構(gòu)刀盤距短套筒封板為30 mm時(shí)，通過封板上的觀察孔，復(fù)核注漿封堵與降水效果。

8) 拆除封板，繼續(xù)推進(jìn)至盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)洞，對(duì)最后一環(huán)管片進(jìn)行注漿封堵，封閉洞門，盾構(gòu)機(jī)與接收短套筒等裝置解體吊出，完成接收。

2.2 工藝要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

如圖2所示，在素砼墻施工縫外側(cè)采用袖閥管注漿加固，提高施工縫止水效果，同時(shí)在接收端頭布置降水井。

圖2 施工期準(zhǔn)備Fig.2 The preparation process of short sleeve shield machine reception

2.2.2 鋼套筒及封板加工

鋼套筒及封板采用Q235-A鋼板加工制作，所有焊縫均為連續(xù)焊縫，焊接要求按現(xiàn)行國家鋼結(jié)構(gòu)焊接標(biāo)準(zhǔn)(GB 50661—2011)進(jìn)行。為保證焊縫質(zhì)量和焊接精度，鋼套筒和封板在工廠加工，鋼套筒環(huán)板外圓半徑為3 400 mm，內(nèi)圓半徑為3 246 mm，套筒環(huán)板連接螺栓孔中心對(duì)應(yīng)圓半徑為3 300 mm(見圖3)。鋼套筒分為3塊制作，每塊角度為120°，注漿孔每45°設(shè)一個(gè)，支撐肋板每15°設(shè)置1道。鋼套筒用3對(duì)6塊法蘭連接，每塊法蘭上設(shè)置3個(gè)Φ32 mm螺栓孔，用于螺栓連接。

圖3 鋼套筒加工示意Fig.3 Schematic diagram of steel sleeve structure

2.2.3 盾構(gòu)鋼套筒接收施工

盾構(gòu)機(jī)鋼套筒接收現(xiàn)場施工順序：破除洞門接收井一側(cè)保護(hù)層、割除外層鋼筋、在洞門預(yù)埋鋼環(huán)上安裝連接鋼套筒螺栓，由下而上依次安裝鋼套筒、封板，安裝封板前方反力支撐、在垂直方向加固鋼套筒，在鋼套筒周圈安裝注漿球閥、在頂部安裝砂漿灌注導(dǎo)管和排氣閥，向套筒內(nèi)灌注砂漿，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)回填砂漿，注漿封堵環(huán)形漏水通道，檢驗(yàn)降水及封堵效果，封板拆除。

3 盾構(gòu)短套筒接收技術(shù)工程應(yīng)用

南寧軌道交通1號(hào)線10標(biāo)廣—白區(qū)間接收端為富水強(qiáng)滲透性圓礫地層，根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙采用外包素砼連續(xù)墻加袖閥管注漿的端頭加固形式，由于客觀原因造成接收端頭加固體長度不足，如果采用常規(guī)的密封措施(橡膠簾布加壓板)接收，接收風(fēng)險(xiǎn)非常大，并且無法從根本上解決洞門涌水涌砂現(xiàn)象。因此，本工程打破常規(guī)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，以“接長補(bǔ)短”的指導(dǎo)思路，開創(chuàng)性提出了密閉接收的方案，通過洞門外增設(shè)密閉短套筒來達(dá)到泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在富水圓礫地層中順利接收的目的。接收過程盾構(gòu)姿態(tài)控制及欠壓掘進(jìn)、套筒設(shè)計(jì)及受力分析、鋼結(jié)構(gòu)加工安裝精度等均是施工過程中的技術(shù)難題。

3.1 接收端工程概況

盾構(gòu)接收端為白蒼嶺站端頭，地層從上到下主要有素填土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂、圓礫層。接收洞門主要處于④1-1粉細(xì)砂層(厚1.5～2 m)和⑤1-1圓礫層(厚4～4.5 m)中。

地下水主要賦存于松散巖類的砂、礫含水層中，為孔隙承壓水，在砂、礫粒間隙呈分散狀緩慢徑流狀，圓礫層富水性強(qiáng)，滲透性強(qiáng)，屬強(qiáng)透水層(達(dá)到8.1×10-4m/s)。

盾構(gòu)接收端頭上方有一根DN 1 400 mm給水管(混凝土承插管)，是南寧市的主要供水管道，埋深約1.6 m，處于盾構(gòu)接收端頭加固區(qū)域，為盾構(gòu)接收過程控制的重點(diǎn)。

3.2 施工過程控制

3.2.1 外層鋼筋割除

洞門連續(xù)墻鋼筋為玻璃纖維筋，分內(nèi)外2層布設(shè)，盾構(gòu)在接收過程中需把外層鋼筋割除，然后再安裝洞門鋼套。

3.2.2 預(yù)埋鋼環(huán)安裝螺栓

為了把鋼套筒牢固地固定在洞門鋼環(huán)上，在安裝鋼套筒前先在鋼環(huán)上安裝高強(qiáng)螺栓，型號(hào)為M30(8.8級(jí))，長度為10 cm。

3.2.3 安裝鋼套筒

鋼套筒運(yùn)至現(xiàn)場后，采用吊車吊裝就位，底部1塊，隧道兩側(cè)各1塊，調(diào)整位置后通過法蘭螺栓連接，見圖4。

圖4 鋼套筒現(xiàn)場安裝Fig.4 The site picture of steel sleeve installation

3.2.4 安裝封板

鋼套筒安裝完畢，封板安裝同樣采用吊車吊裝就位，對(duì)準(zhǔn)封板與套筒螺栓孔，連接螺栓。

3.2.5 反力支撐安裝

在反力支撐安裝前，先在圓形封板上對(duì)稱分布3根300 mm的工字鋼，增大支撐點(diǎn)的受力面積，將支撐力有效分布到封板上。通過模擬盾構(gòu)掘進(jìn)過程，確定刀盤前方掌子面的受力分布情況，進(jìn)而確定封板上反力支撐的著力點(diǎn)。

3.2.6 閥體安裝

為了保證鋼套筒內(nèi)部填充的密實(shí)，預(yù)先在鋼套筒外側(cè)安裝注漿球閥，待砂漿回填完畢后通過注漿球閥向套筒內(nèi)壓注水泥漿。在砂漿灌注過程中，在灌注導(dǎo)管旁邊設(shè)置排氣孔，確保填充的密實(shí)性。

3.2.7 砂漿灌注

灌注前打開排氣孔，關(guān)閉注漿球閥，待泵車、砂漿運(yùn)輸車就位后，通過泵管灌注砂漿，砂漿為M10砂漿，初凝時(shí)間為12 h。

3.2.8 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)填充砂漿段

灌注砂漿達(dá)到初凝時(shí)間后，盾構(gòu)機(jī)通過自帶調(diào)壓系統(tǒng)，調(diào)整開挖倉壓力，降低倉內(nèi)液面，進(jìn)行欠壓掘進(jìn)。由于砂漿強(qiáng)度遠(yuǎn)大于地層土體強(qiáng)度，所以在掘進(jìn)過程中要嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度和總推力，速度為2～5 mm/min、推力要小于6 500 kN。

根據(jù)預(yù)先計(jì)算的里程參數(shù)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)距封板10 cm處停機(jī)，再次降低開挖倉壓力，使頂部壓力為零。此時(shí)盾構(gòu)機(jī)尾部已經(jīng)過圍蔽素砼墻，通過二次注漿系統(tǒng)，壓注雙液水泥漿填充管片與素砼墻形成的環(huán)形漏水通道。

3.2.9 封板拆除

吊車就位后，由上至下依次拆除封板固定螺栓，吊車吊裝封板放在指定位置，安排人員剝除刀盤前方剩余3 cm的砂漿薄層，露出刀盤，完成短套筒接收。盾構(gòu)機(jī)在后續(xù)上托架的過程中，會(huì)擾動(dòng)加固體土體，所以隨著盾體的移動(dòng)，在管片脫出盾尾后要及時(shí)進(jìn)行壓注水泥漿，保證管片外側(cè)填充密實(shí)。

3.3 應(yīng)用效果分析

圖5 接收效果圖Fig.5 The final picture after the machine receiving

在廣—白區(qū)間接收過程中，短套筒接收技術(shù)有效克服了洞門涌水涌砂的風(fēng)險(xiǎn)，使得盾構(gòu)機(jī)安全順利進(jìn)入車站，完成接收任務(wù)(見圖5)，充分體現(xiàn)了此技術(shù)的優(yōu)越之處。主要體現(xiàn)在：1)延長了加固體，有效封堵了盾構(gòu)后方來水；2)有效避免了因端頭土體加固效果不良帶來的風(fēng)險(xiǎn)；3)避免了人工鑿除洞門的風(fēng)險(xiǎn)；4)省去安裝導(dǎo)軌環(huán)節(jié)；5)因?yàn)樯皾{的充填，盾構(gòu)機(jī)慢速推進(jìn)時(shí)，將接收端墻和砂漿切成標(biāo)準(zhǔn)的圓形，大幅減小端墻與盾構(gòu)機(jī)盾殼之間的間隙，有效地阻擋了外部水土的通過，在盾構(gòu)破門直到盾尾脫離管片期間，洞門周圈滴水不漏；6)省去了安裝洞門簾布和壓板的環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

本文主要介紹在盾構(gòu)接收端頭條件受限的情況下，采用短套筒接收施工工藝的原理及步驟。在實(shí)際的現(xiàn)場施工中，接收過程簡單，鋼套筒重復(fù)利用率高，接收效果良好，刀盤在破除洞門時(shí)基本做到了滴水不漏，有效增加了工程施工效率，大大降低了接收過程的施工風(fēng)險(xiǎn)，顯著提高了工程的經(jīng)濟(jì)效益。

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(編輯：郝京紅)

Key Technology of Short Sleeve Shield Reception in Water-rich Gravel Stratum

WU Qiong

(Beijing Metro Engineering Construction Co., Ltd., China Railway 16th Bureau Group, Beijing 101100)

The water-rich gravel stratum is characterized by high water content, large permeability coefficient and poor rate of chemical grouting reinforcement, which increases the difficulty of construction during the departure and reception of shield. The author takes shield reception between Baicangling and Nanning Railway Station as an example and puts forward the innovative construction technology for short sleeve shield reception. In the front end of the hole ring, the short sleeve is installed to extend the length of the shield reception distance. Under the protection of the short sleeve, the whole shield can be completely put into the reinforcement area. By the grouting at the tail of the shield or the engineering dewatering measures, the water can be isolated from the outside, which can reduce the risk of quicksand and water gush during the process of shield reception.Keywords: urban rail transit; gravel soil; shield; short sleeve; reception

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.008

2017-02-22

2017-03-24

吳瓊，女，本科，高級(jí)工程師，主要從事為城市軌道交通建設(shè)工作，554000070@qq.com

U231

A

1672-6073(2017)03-0040-04