文一鳴 祁海峰
(中國水利水電第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041)
隨著全國各地地鐵建設的興起,地鐵區(qū)間隧道越來越多采用盾構法施工,而盾構穿越水渠風險極高,為此研究一套切實可行的盾構穿越水渠技術尤為重要,本文通過成都地鐵4號線膨脹地層盾構穿越東風渠工程為依托,通過盾構掘進參數(shù)、掘進方式、管片拼裝等工序研究、總結最優(yōu)的方法,為今后類似地層中盾構施工提供參考及工程經驗,應用前景廣闊。
成都地鐵4號線盾構施工分別在隧道里程ZDK41+259.565~ZDK41+299.984,YDK41+268.801~YDK41+308.365段下穿東風渠,東風渠寬約為31 m,深約為4.5 m,C15混凝土護坡、護底。隧頂距離渠底最近距離8 m~9 m,隧道穿越該地段主要地層為⑤-1-1全風化泥巖和⑤-1-2強風化泥巖。
盾構通過前對東風渠進行詳細調查制定掘進參數(shù),通過試驗段確定掘進參數(shù);盾構通過過程中嚴格控制掘進參數(shù)和加強監(jiān)測、觀測,及時進行二次注漿;盾構通過后根據(jù)對掘進參數(shù)統(tǒng)計分析情況,再次采取補充注漿措施,確保東風渠段安全。
綜合考慮該區(qū)段隧道的埋深、地質情況以及與東風渠的空間關系,制定穿越東風渠的指導思想為:“安全、連續(xù)、快速均衡通過東風渠段”,并確立“壓力合理、均衡掘進、注漿充分、嚴密監(jiān)測、快速反饋、預案恰當”的施工原則。
盾構下穿水渠掘進時,主要遵循以下原則:加強施工設備管理,確保盾構連續(xù)穿越;嚴格控制掘進參數(shù)(土壓力、掘進速度、掘進姿態(tài)、出土量、同步注漿等);加強地面監(jiān)測分析;做好應急措施準備。
1)掘進速度控制。
當盾構機刀盤里程距離河岸10 m時,逐步減小盾構機的推力,推力控制在900 t左右,適當降低掘進速度,掘進速度控制在20 mm/min~35 mm/min,盡量保持速度均勻。
2)動態(tài)調整土倉壓力。
通過地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化及時調整盾構機土倉壓力及掘進速度,東風渠段盾構覆土厚度為8 m~9 m,按理論進行計算,盾構土壓力為0.8 bar~0.9 bar,考慮到東風渠河水水壓的影響,因此在盾構通過東風渠段時,宜將土壓力控制在0.8 bar~1.0 bar左右(建立實土壓),并根據(jù)實際情況調節(jié)。
a.當盾構機在距東風渠5 m時,需要逐步降低盾構土壓力。根據(jù)計算及經驗,盾構通過東風渠西岸期間,土壓力由1.3 bar左右逐漸降低至0.8 bar左右,同時控制掘進速度。
b.盾構通過東風渠底期間,土壓力宜控制在0.8 bar~1.0 bar左右。
c.盾構完成穿越東風渠后,向西岸前進,在盾構切口接觸河岸開始,土壓力逐漸提高,由1.0 bar提高至1.2 bar左右。
3)推力、扭矩控制。
a.當盾構機穿越東風渠時,控制推進油缸總推力在800 t~1 100 t,刀盤轉速控制在1.1 r/min,通過適當?shù)臏p小推力及刀盤轉速,減小對地層的擾動。
b.下穿河流及含水豐富地層時,泡沫性狀應調干燥,以有效阻水。穿越東風渠期間泡沫濃度設置為2%~3%,發(fā)泡率設置為8~10,空氣注入率控制在80 L/min左右。掘進時刀盤扭矩控制在90 t·m~150 t·m。
4)出土量控制。
盾構在穿越東風渠期間,嚴格控制出土量,出土量嚴格控制在55 m3以內,并可適當欠挖,保持土體的密實,以免東風渠水滲透入土體并進入盾構。
5)盾構姿態(tài)控制。
a.盾構穿越東風渠時,區(qū)間隧道為半徑R620圓曲線,掘進時值班工程師根據(jù)盾構機姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程等做好管片選型工作(盾尾間隙小于20 mm,油缸行程差大于50 mm必須進行調整),掘進時控制好盾構姿態(tài),保證平穩(wěn)推進,減少糾偏。如果存在姿態(tài)糾偏的情況時,每環(huán)的姿態(tài)糾偏量不能超過8 mm。
b.根據(jù)蜀十區(qū)間前面100多環(huán)的管片姿態(tài)情況發(fā)現(xiàn),管片在脫出盾尾后垂直姿態(tài)有20 mm左右的上浮量。盾構穿越東風渠時,該段地下水相對其他地段較豐富,盾構機垂直姿態(tài)控制盾尾在-30 mm左右,刀盤控制在0 mm左右。
6)同步注漿控制。
a.配合比:同步注漿漿液具備充填性好、流動性好、離析少、早期強度均勻,注入時應具備不受地下水稀釋的特性,硬化后的體積收縮和滲透系數(shù)要小。配合比見表1。
表1 同步注漿配比 kg
b.注漿量:每推進一環(huán)的理論注漿量為:π(D12-D22)L/4。
其中,D1為盾構外徑,取6.28 m;D2為管片外徑,取6.0 m;L為管片寬度,取1.5 m。
V=π(D12-D22)L/4=4.05 m3。
下穿東風渠時,每環(huán)的同步注漿控制為130%~150%,即5.3 m3~6.0 m3。
c.注漿壓力。為避免出現(xiàn)由同步注漿引起河底開裂的現(xiàn)象,注漿作業(yè)時,宜將壓力控制在2.0 bar~3.5 bar;確保管片背后填充密實,避免河底開裂。
d.注漿速率。同步注漿時,必須保證上下左右四根注漿管同時注漿,注漿速度保持和掘進速度基本一致,盾構操作手每向前掘進100 mm后關注同步注漿量,及時提醒注漿操作手控制注漿速度。防止注漿過快、過慢造成管片背后形成空隙而引起地層沉降,見表2。
表2 掘進行程與注漿對照表
穿東風渠段處于R=600曲線隧道段,管片為1.5 m長C級加強型管片,管片錯開拼裝,先拼裝下方的管片后拼裝上方管片,左右兩側交叉進行。
根據(jù)隧道線路計算出轉彎環(huán)與標準環(huán)的比例,按計劃進行拼裝,及時調整好盾尾間隙,保證管片成型質量。經過計算,標準環(huán)∶轉彎環(huán)=5∶2。
管片拼裝時注意保護管片棱角質量,進入拼裝機直至拼裝完成。這個期間重點檢查管片止水條有無破損、翹邊,專人檢查,及時修補。專人負責管片螺栓緊固情況檢查。其他常規(guī)工藝本文不再贅述。
初步總結以下幾點:
1)施工準備。
在穿越風險源前,準備工作要充分,要把風險分析透徹,制定對應的措施,并報相關部門,做好備份,做到程序符合要求。
2)掘進速度選擇。
穿越風險源掘進時,掘進速度不宜控制較快。掘進較快時對地層擾動加大,造成地層不穩(wěn)定性,加大掘進的控制難度。穿越掘進時,掘進速度控制在40 mm/min左右。
3)土壓力控制。
在穿越河流過程中,土壓力控制是至關重要的一方面,若壓力過高,擊穿河底,地層與河流連通,對掘進控制將造成更大的難度(螺旋噴涌,嚴重時河水涌入隧道)。因此應根據(jù)河流地層埋深以及地質水文條件制定合理的土壓力。
4)過程值班及巡查制度。
穿越河流過程中施行24 h領導值班制度和巡查制度,能更好的執(zhí)行制定的各項措施,處理過程中出現(xiàn)的問題,避免盾構長時間停機,保證了盾構均衡掘進。
5)小結。
整個穿越風險源(東風渠)組織過程,充分展示做任何事一個團隊要有凝聚力,首先要明確并統(tǒng)一工作思路和目標,體系運行,責任明確,執(zhí)行要剛性,嚴格的執(zhí)行各項技術措施,通過對地鐵施工出現(xiàn)問題分析,往往穿越風險源出現(xiàn)問題的幾率很低,越是沒有問題,過程中偏偏就會出現(xiàn)問題,這充分反映,越是正常的地層,因重視程度不夠,反而容易出現(xiàn)問題,因此施工過程中,只要認真細心,抓關鍵點,抓細節(jié),難度會大大降低。