張 海 彬

(廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510010)

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泥水盾構(gòu)“接長(zhǎng)補(bǔ)短”接收輔助工法關(guān)鍵技術(shù)研究

張 海 彬

(廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510010)

以廣西南寧地鐵1號(hào)線某區(qū)間富水地層盾構(gòu)接收為背景，由于客觀原因造成接收端頭加固體長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致盾構(gòu)接收不能按照常規(guī)接收方法處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了“接長(zhǎng)補(bǔ)短”的指導(dǎo)思路，通過(guò)洞門(mén)外增設(shè)密閉短套筒來(lái)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，并對(duì)今后類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。

泥水盾構(gòu)，接收端頭，短套筒,降水井

1 盾構(gòu)接收端頭加固情況

區(qū)間接收端頭加固采用0.6 m厚素混凝土地下連續(xù)墻+地面袖閥管注漿加固，素地下連續(xù)墻需穿過(guò)透水層進(jìn)入不透水層2 m。由于接收端頭管線限制，加固區(qū)長(zhǎng)度僅為9 m(包括素連墻厚度)，加固深度為盾構(gòu)機(jī)以下3 m。加固后的土體，應(yīng)有良好的均勻性、自立性、止水性。

盾構(gòu)接收端頭加固尺寸具體如圖1所示。

2 采用常規(guī)接收方案的風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)接收端頭所處的地層水文情況及周邊建構(gòu)筑物和管線情況，若不采取任何輔助手段，只應(yīng)用常規(guī)接收方法，將會(huì)存在以下較大風(fēng)險(xiǎn)：

1)區(qū)間采用海瑞克S-858泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)長(zhǎng)度達(dá)9.7 m，而加固體的長(zhǎng)度僅有9.0 m，主機(jī)長(zhǎng)度超過(guò)加固體長(zhǎng)度0.7 m，加固體不能有效包裹整個(gè)盾構(gòu)機(jī)，素連續(xù)墻處的形成的140 mm環(huán)縫未得到有效封堵，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)出洞時(shí)涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)極大；

2)接收端頭地下水豐富，若素連續(xù)墻處的環(huán)縫未得到有效封堵，在接收端頭內(nèi)進(jìn)行降水，則有可能造成周邊老舊建筑物及DN1 400 mm給水管發(fā)生不均勻沉降；

3)泥水盾構(gòu)機(jī)在接收端掘進(jìn)時(shí)須泥水保壓掘進(jìn)，若開(kāi)啟端頭內(nèi)的降水井則有可能導(dǎo)致泥水倉(cāng)泄壓，掌子面失衡、地面垮塌；

4)接收端上部存在1.5 m～2.0 m厚的粉細(xì)砂層及與隧道重疊的地下人防，若控制不當(dāng)，粉細(xì)砂流失，導(dǎo)致地面及地下管線沉降過(guò)大、地面坍塌；

5)若接收端加固及止水得不到有效控制，在進(jìn)行洞門(mén)結(jié)構(gòu)施工時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

3 “接長(zhǎng)補(bǔ)短”接收輔助工法的應(yīng)用

為有效控制上述盾構(gòu)接收風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)接收安全、順利實(shí)施，本區(qū)間盾構(gòu)接收采用“接長(zhǎng)補(bǔ)短”輔助工法，利用加設(shè)的短套筒來(lái)控制應(yīng)對(duì)上述接收風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)接收安全、順利出洞，“接長(zhǎng)補(bǔ)短”接收輔助工法的使用如下所述。

3.1 接收端頭素連續(xù)墻施工縫止水處理

“接長(zhǎng)補(bǔ)短”接收輔助工法需保證接收端頭外包素連墻的止水效果，在素連墻施工縫外側(cè)處采用袖閥管注漿加固，并在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)前進(jìn)行素連墻止水效果的檢查驗(yàn)證。

3.2 接收端頭降水井布置

接收端頭布置降水井共4口，分別為1號(hào)～4號(hào)降水井。本次降水井施工位置確定是根據(jù)素墻施工中可能存在漏水點(diǎn)及盾構(gòu)機(jī)穿越第一道素墻時(shí)形成的漏水環(huán)來(lái)進(jìn)行定位的。

1號(hào)降水井直徑800 mm(2號(hào),3號(hào)降水井直徑600 mm內(nèi)管直徑300 mm,4號(hào)降水井直徑300 mm內(nèi)管直徑200 mm)，深22 m；1號(hào)降水井為圍閉區(qū)內(nèi)主降水井，2號(hào)觀察井可兼做降水井；3號(hào),4號(hào)降水井為防止盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)泥漿循環(huán)引起1號(hào)，2號(hào)降水井無(wú)法正常工作，而后施作的備用降水井。

圖2中1號(hào)，2號(hào)降水孔在盾構(gòu)進(jìn)入接收端頭之前進(jìn)行施工，在素連墻施工縫止水處理完畢后啟動(dòng)1號(hào)降水井，通過(guò)2號(hào)降水井及洞門(mén)水平探孔檢測(cè)素連墻整體止水效果，經(jīng)檢測(cè)，止水效果較好；為防止泥水盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收端頭后，泥漿堵塞1號(hào)，2號(hào)降水井，待盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收端頭且刀盤(pán)頂?shù)蕉撮T(mén)連續(xù)墻后再施工3號(hào)，4號(hào)降水井。

3.3 “接長(zhǎng)補(bǔ)短”接收輔助工法的使用

3.3.1 輔助工法接收原理

通過(guò)在洞門(mén)環(huán)板前端增加短套筒和封板來(lái)延長(zhǎng)盾構(gòu)機(jī)接收長(zhǎng)度，使盾構(gòu)機(jī)接收位置向前移，再結(jié)合砂漿的填充，使接收端墻和回填砂漿形成標(biāo)準(zhǔn)的圓形，從而大大降低了盾構(gòu)機(jī)盾殼與接收端墻之間的間隙，有效的阻擋了外部水土的通過(guò)。

3.3.2 短套筒的設(shè)計(jì)

短套筒分為筒體和端頭封板兩部分。筒體前后端設(shè)法蘭，筒體及法蘭采用厚度16 mm鋼板制作，整圈均分為3塊加工，法蘭上共設(shè)120個(gè)螺栓孔，采用8.8級(jí)M20螺栓與洞門(mén)預(yù)埋環(huán)板及端頭封板相連。兩法蘭之間在筒體背部加肋板。端頭封板采用厚度20 mm鋼板制作，分上下兩塊加工，設(shè)螺栓孔與筒體相連，如圖3所示。

3.3.3 洞門(mén)鋼筋割除

盾構(gòu)接收洞門(mén)連續(xù)墻迎土面為玻璃纖維筋，被土面為普通鋼筋，為確保盾構(gòu)機(jī)切削洞門(mén)連續(xù)墻的順利，在密閉短套筒安裝前將洞門(mén)被土面的普通鋼筋全部割除。

3.3.4 密閉短套筒安裝及加固

為了延長(zhǎng)盾構(gòu)加固體的長(zhǎng)度，防止盾構(gòu)機(jī)在接收時(shí)泥土、地下水從盾體與素連墻處形成的環(huán)形間隙流失，以及盾尾背襯注漿漿液的流失，在接收洞門(mén)處安裝密閉的短套筒，短套筒鋼板厚度32 mm、長(zhǎng)400 mm，成環(huán)形布置；安裝前先在鋼套筒頂部開(kāi)2個(gè)300 mm預(yù)留孔(一個(gè)作為回灌進(jìn)料口、一個(gè)作為排氣口)，底部預(yù)留一個(gè)帶閘閥的排水口。

預(yù)埋鋼環(huán)安裝螺栓：為了把鋼套筒牢固的固定在洞門(mén)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)M30(8.8級(jí))，長(zhǎng)度10 cm。通過(guò)螺栓將鋼套筒固定在洞門(mén)環(huán)板上，并通過(guò)鋼板封堵鋼套筒使套筒與洞門(mén)形成一個(gè)密閉空間，再通過(guò)數(shù)道工字鋼對(duì)短套筒端部封板進(jìn)行支撐加固，確保能夠?yàn)槎軜?gòu)出洞掘進(jìn)提供足夠的反力。安裝實(shí)物見(jiàn)圖4。

在反力支撐安裝前，先在圓形封板上平均分布3根300 mm的工字鋼，增加反力支撐的受力面積。

3.3.5 密閉短套筒砂漿回灌

通過(guò)鋼板封堵鋼套筒使套筒與洞門(mén)形成一個(gè)密閉空間，利用天泵通過(guò)預(yù)留的進(jìn)料口在其內(nèi)填充M10砂漿延長(zhǎng)隧道長(zhǎng)度，總計(jì)填充48.4 m3砂漿，要求初凝時(shí)間控制在3 h以?xún)?nèi),12 h強(qiáng)度不低于3 MPa。

3.4 接收端素連墻處環(huán)向漏水通道封堵處理

1)在盾構(gòu)機(jī)穿過(guò)素連墻進(jìn)入加固體內(nèi)，刀盤(pán)開(kāi)始切削洞門(mén)連續(xù)墻時(shí)(即盾尾仍在素連墻外約70 cm時(shí))至盾尾全部通過(guò)素連墻段的掘進(jìn)，加強(qiáng)同步注漿，增大注入量，同時(shí)優(yōu)化同步注漿配合比，在注漿壓力不大于2.8 bar的條件下，注入量不加以約束，直至外部空間填充飽滿(mǎn)為止。

2)待盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)掘進(jìn)至距短套筒封板20 cm時(shí)暫停掘進(jìn)，通過(guò)素連墻兩側(cè)第964環(huán)和第965環(huán)的吊裝孔對(duì)環(huán)向漏水通道進(jìn)行二次注漿封堵，二次注漿壓力控制在3.5 bar以?xún)?nèi)。二次注漿主要采用水泥漿和水玻璃組成的雙液漿通過(guò)吊裝孔進(jìn)行管片背后填充(吊裝孔上安裝帶球閥的注漿頭)，漿液配比1∶1，注漿主要以壓力控制為主。盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位及二次注漿如圖5所示。

3)為避免二次注漿漿液將盾尾及盾體粘連住，在進(jìn)行二次注漿前通過(guò)盾體的徑向注漿孔注入泥漿，使泥漿包裹盾體。

3.5 素連墻處環(huán)向漏水通道封堵效果檢測(cè)

1)環(huán)向漏水通道二次封堵完成后，待其達(dá)到初凝強(qiáng)度后，進(jìn)行接收端頭內(nèi)3號(hào),4號(hào)降水井的施工，并啟動(dòng)降水，將接收端頭內(nèi)的地下水進(jìn)行疏干。2)疏干排水的同時(shí)將盾構(gòu)機(jī)倉(cāng)內(nèi)泥漿排空，并觀察氣墊倉(cāng)液位變化，待液位降至底部時(shí)，關(guān)閉3號(hào),4號(hào)降水井，再觀察氣墊倉(cāng)內(nèi)液位變化，若液位未上升，則初步判斷環(huán)向漏水通道封堵成功。3)在初步判斷的基礎(chǔ)上，再在密閉短套筒下部開(kāi)設(shè)水平探孔，將探孔打穿至開(kāi)挖倉(cāng)，如若水平探孔無(wú)水流出，則進(jìn)一步驗(yàn)證了環(huán)向漏水通道封堵成功。

3.6 密閉短套筒封板及支撐的拆除

在素墻環(huán)向漏水通道封堵成功及接收端頭內(nèi)水位降至洞門(mén)底以下后，開(kāi)始進(jìn)行密閉短套筒支撐及封板的拆除作業(yè)，待封板拆除后將短套筒內(nèi)剩余的20 cm厚砂漿進(jìn)行人工鑿除并清理干凈，再將盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)上接收托架，完成盾構(gòu)接收作業(yè)。

4 短套筒密閉接收實(shí)施過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1)盾構(gòu)機(jī)接收前100 m需進(jìn)行包括聯(lián)系測(cè)量在內(nèi)的洞內(nèi)導(dǎo)線復(fù)測(cè)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)核，確保盾構(gòu)機(jī)出洞時(shí)盡量位于洞門(mén)中心，避免盾構(gòu)機(jī)偏差過(guò)大將短套筒頂開(kāi)裂。2)短套筒與洞門(mén)環(huán)板連接處的縫隙應(yīng)進(jìn)行填充處理，避免砂漿回填時(shí)漏漿。3)盾構(gòu)機(jī)在完成洞門(mén)連續(xù)墻切削進(jìn)入短套筒時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)總推力、掘進(jìn)速度及刀盤(pán)轉(zhuǎn)速(本項(xiàng)目選用總推力≤500 t，掘進(jìn)速度≤3 mm/min，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速1.0 r/min)，洞門(mén)處應(yīng)有專(zhuān)人觀察短套筒的變形，如有異常及時(shí)通知盾構(gòu)機(jī)操作人員立即停機(jī)處理。4)在進(jìn)行密閉短 套筒支撐及封堵拆除前應(yīng)采用多方式驗(yàn)證素連墻處環(huán)向漏水通道封堵效果及接收端頭內(nèi)地下水疏干情況，確保萬(wàn)無(wú)一失。5)待盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)露出洞門(mén)后，通過(guò)對(duì)刀盤(pán)中心的測(cè)量確認(rèn)后再進(jìn)行接收托架的精確定位及加固固定。6)在進(jìn)行素連墻處環(huán)向漏水通道同步注漿及二次注漿前應(yīng)對(duì)漿液進(jìn)行試配試驗(yàn)，精確掌握漿液的凝結(jié)時(shí)間，把握好盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的時(shí)機(jī)，使其既能有效封堵漏水通道又不能將盾構(gòu)機(jī)固結(jié)死。7)在盾構(gòu)機(jī)順利接收后，在洞門(mén)處采用砌磚的方式將管片與洞門(mén)之間的間隙封堵，并進(jìn)行最后6環(huán)(加固體內(nèi))管片的背后二次注漿封堵，確保洞門(mén)的止水效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本區(qū)間接收端頭由于客觀原因造成接收端頭加固體長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致盾構(gòu)接收不能按照常規(guī)接收方法處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，以“接長(zhǎng)補(bǔ)短”的指導(dǎo)思路，雖然外接了40 cm的密閉短套筒，但實(shí)際將隧道延長(zhǎng)2 m(洞門(mén)連續(xù)墻厚0.8 m+車(chē)站主體側(cè)墻厚0.8 m+外接短套筒0.4 m)，使加固體長(zhǎng)度達(dá)到盾構(gòu)機(jī)主機(jī)長(zhǎng)度再加一環(huán)管片長(zhǎng)度的安全距離，以達(dá)到盾構(gòu)機(jī)能夠安全、順利接收，在實(shí)施過(guò)程中接收端連續(xù)墻止水效果、素連墻環(huán)向漏水通道的封堵效果及盾構(gòu)機(jī)出洞姿態(tài)控制是此工法成敗的關(guān)鍵，在此工法應(yīng)用時(shí)應(yīng)加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的精細(xì)化管控，以達(dá)到成功的目的。

Study on critical technologies of slurry shield “cutting off the long and compensating the short” receiving auxiliary method

Zhang Haibin

(GuangzhouRailTransitConstructionSupervisionCo.,Ltd,Guangzhou510010,China)

Taking the regional moisture stratum shield receiving of Guangxi Nanning subway line No.1 as the background, objective causes lead to receiving end reinforcement length shortage and abnormal shied receiving treatment method. According to the field conditions, the paper puts forward the guiding idea of “cutting off the long and compensating the short”. It achieves the goal of slurry balancing moisture acceptance by increasing closed short sleeve, has reference value for similar project.

slurry shield, receiving end, short sleeve, precipitation well

1009-6825(2017)18-0165-03

2017-04-14

張海彬(1984- )，男，工程師

U455.43

A