葉全瑩
中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 100000
隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展,盾構(gòu)法以其高效、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的城市認(rèn)可,其管片安裝質(zhì)量直接關(guān)系到隧道線型是否符合設(shè)計(jì)軸線與滿足建筑界限。管片上浮是指管片在脫出尾盾后,受地質(zhì)、水、同步漿液等因素的影響,造成管片向上位移的現(xiàn)象。成型隧道管片高程和水平偏差應(yīng)控制在±100mm。如果管片成型姿態(tài)超限,直接影響盾構(gòu)隧道成型質(zhì)量甚至出現(xiàn)隧道調(diào)線調(diào)坡的情況。管片上浮危害主要分為2種:一是管片上浮造成管片成型質(zhì)量缺陷(管片錯(cuò)臺(tái))。當(dāng)管片錯(cuò)臺(tái)達(dá)到15mm時(shí),管片螺栓連接處會(huì)出現(xiàn)破損,同時(shí)管片上浮影響管片止水膠條的止水效果,造成管片滲漏水。二是管片姿態(tài)超限,直接影響隧道線型是否符合設(shè)計(jì)軸線和是否滿足隧道建筑界限[1]。
管片安裝后的外緣直徑與盾構(gòu)機(jī)切削圍巖形成隧洞的直徑間無(wú)疑存在差異,使得管片脫出盾尾后,管片外緣與隧洞圍巖不完全密貼,而是存在環(huán)向空隙。如不能及時(shí)將空隙填充,給了管片上浮的空間。
盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)切削盤的軸線與設(shè)計(jì)的隧洞中心線存在一定偏差,故掘進(jìn)時(shí)需不斷對(duì)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整及糾正,故盾構(gòu)機(jī)切削盤以“蛇形”的折線向前推進(jìn)。且此段掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)處于強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的不同地層交界處,盾構(gòu)機(jī)前行時(shí)更易出現(xiàn)“抬頭”及“栽頭”現(xiàn)象,無(wú)疑增加了管片的上浮空間。
當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘經(jīng)軟弱圍巖時(shí),因圍巖軟弱,塑性變形大,拱頂圍巖自穩(wěn)能力差,管片脫出盾尾時(shí),隧洞頂圍巖在產(chǎn)生沉降變形,減少或消除了拱頂圍巖與管片之間的空隙,此時(shí)有利于控制管片的上浮。但本段隧洞穿越主要為泥質(zhì)粉砂巖,其自穩(wěn)能力較強(qiáng),圍巖與管片間的空隙得不到減少或消除,在不及時(shí)加以約束的情況下,管片可在間隙內(nèi)無(wú)約束上浮。本段圍巖裂縫較多,施工期間為長(zhǎng)沙當(dāng)?shù)氐挠昙?,地下水位較高(隧洞位于地下水位以下),在透水地層中盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),管片浸泡于水或是漿液中,巨大浮力使得管片上浮。
切削形成的隧洞與管片間存在空隙,通常采取及時(shí)壓注硬性單液水泥砂漿進(jìn)行填筑,以避免管片產(chǎn)生上浮等位移。砂漿填充的密實(shí)情況及能否盡早提供強(qiáng)度是控制管片位移的關(guān)鍵。
在含水軟土地層中,解決管片上浮問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是同步注漿穩(wěn)定管片與管片上浮在時(shí)間上的問(wèn)題,比較理想的注漿方法應(yīng)是盾構(gòu)沿軸線掘進(jìn),注漿漿液完全充填施工間隙并快速凝固形成早期強(qiáng)度,隧道與周圍土體形成整體構(gòu)造物從而達(dá)到穩(wěn)定。在漿液性能上的選擇唯有雙液瞬凝性漿液(水泥漿液和水玻璃漿液)和同步注漿工藝能徹底解決管片上浮的問(wèn)題。雙液瞬凝漿液因其時(shí)效特點(diǎn)在隧道位移控制上是具有優(yōu)勢(shì)的,但雙液漿隨著溫度的變化,同種配比的漿液化學(xué)凝膠時(shí)間因時(shí)而異,堵管故障極易發(fā)生。同步注漿管在掘進(jìn)結(jié)束前只能清洗而無(wú)法更換,這也是本區(qū)間仍然采用惰性漿液的原因之一。根據(jù)管片上浮的規(guī)律值和盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)的關(guān)系合理選擇注漿孔位、注漿量和注漿壓力。根據(jù)本區(qū)間施工經(jīng)驗(yàn),盾構(gòu)上部?jī)勺{孔的注漿量明顯大于下部?jī)煽孜坏臐{量,有時(shí)甚至下部可以不注漿以減小管片的上浮量。
盾構(gòu)機(jī)過(guò)量的蛇形運(yùn)動(dòng)必然造成頻繁的糾偏,糾偏的過(guò)程就是管片環(huán)面受力不均的過(guò)程。所以要求在掘進(jìn)過(guò)程中必須要控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài),盡可能地使其沿隧道軸線作小量的蛇形運(yùn)動(dòng)。按規(guī)范要求,盾構(gòu)掘進(jìn)中,拼裝管片中心軸線的平面位置和高程允許偏差為±50mm。發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)逐步糾正,避免突糾,以免人為造成管片環(huán)面受力嚴(yán)重不均。施工中重點(diǎn)控制急曲線和大坡度轉(zhuǎn)點(diǎn),一要合理調(diào)整各區(qū)域千斤頂油壓,但各區(qū)千斤頂油壓差不宜過(guò)大,與盾構(gòu)中心線相對(duì)稱區(qū)域的千斤頂油壓差應(yīng)小于5MPa,其伸出長(zhǎng)度差應(yīng)小于12cm;二要跟蹤測(cè)量管片法面的變化,及時(shí)利用環(huán)面粘貼石棉橡膠板糾偏,粘貼時(shí)上下呈階梯狀分布。三要根據(jù)上浮規(guī)律值控制盾構(gòu)推進(jìn)高程[2]。
若同步注漿過(guò)程中,漿液不能達(dá)到及時(shí)有效地固結(jié)和穩(wěn)定管片的條件時(shí),應(yīng)適當(dāng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度,一般以緩?fù)茷橐?,推進(jìn)速度不大于4cm/min,確保管片脫出盾尾時(shí)形成的空隙量與注漿量平衡,盡量避免注入的漿液被水稀釋而降低漿液性能。
上浮后的管片處理比較難,一般可嘗試在隧道底部打開(kāi)注漿孔泄壓,釋放管片底部的注漿漿液,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),此方法效果不理想,且污染隧道。一旦發(fā)現(xiàn)管片上浮超限,立即停止盾構(gòu)掘進(jìn),對(duì)已上浮的管片通過(guò)注漿孔進(jìn)行二次注漿。注漿材料以瞬凝雙液漿為最好,注漿壓注順序應(yīng)順著隧道坡度方向,從隧道拱頂至兩腰,最后壓注拱底。終止注漿以打開(kāi)拱底注漿孔無(wú)滲水為條件,以防止盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)后管片繼續(xù)上浮[3]。
總之,影響管片上浮的因素多,作用較為復(fù)雜,在施工時(shí)要根據(jù)復(fù)雜多變的地質(zhì)情況及外部影響因素,結(jié)合監(jiān)控量測(cè)結(jié)果,對(duì)各種施工信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及研究,通過(guò)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的綜合考慮,對(duì)漿液的配合比進(jìn)行適時(shí)調(diào)整及動(dòng)態(tài)管理,以達(dá)到最佳的控制上浮效果。施工時(shí),還要持續(xù)收集盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)的各種參數(shù)及對(duì)應(yīng)的管片上浮量,進(jìn)行總結(jié)及分析,探索出不同地質(zhì)條件下的適宜掘進(jìn)參數(shù),最大程度地控制管片的上浮,以達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。