徐 斌
中鐵十二局集團(tuán)有限公司第二工程有限公司
近年來(lái),隨著各大城市地鐵建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,在富水地層、地層疏松、殘積土層、基巖上軟下硬地層中進(jìn)行盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)作業(yè),極易發(fā)生坍塌等安全風(fēng)險(xiǎn),且工期要求高,通過(guò)地面加固,使原本只能進(jìn)行帶壓開(kāi)倉(cāng)作業(yè)變成常壓開(kāi)倉(cāng),使常壓開(kāi)倉(cāng)掌子面更穩(wěn)固、開(kāi)倉(cāng)作業(yè)更為安全,便成為各地鐵項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)這一難點(diǎn),通過(guò)優(yōu)化地面加固工藝,使帶壓開(kāi)倉(cāng)變常壓開(kāi)倉(cāng)、確保常壓開(kāi)倉(cāng)必定成功,可以減少開(kāi)倉(cāng)持續(xù)時(shí)間,確保施工安全。
某城市洋翔盾構(gòu)區(qū)間沿在建石厝路由西往東行進(jìn),下穿洪鐘立交橋進(jìn)入車站,施工起訖里程:K24+165.417 至K24+908.809,區(qū)間單線全長(zhǎng)743.192m(618 環(huán)),結(jié)構(gòu)埋深8.5m~15.6m,埋深較淺。
洋翔區(qū)間范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系人工填土層(Q4ml)、第四系坡積層(qsl)、第四系殘積層(qsl);下伏基巖主要為燕山晚期侵入巖—中粗?;◢弾r(γ),受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和風(fēng)化作用影響,巖石風(fēng)化不均勻,中等~微風(fēng)化基巖面起伏較大?;鶐r凸起段落長(zhǎng)、強(qiáng)度大,墩狀凸起多,拱頂空洞、松散體、水囊較多,地下水豐富、施工噴涌現(xiàn)象常發(fā),地質(zhì)條件極其復(fù)雜。
地下水位一般3月開(kāi)始上升,9月逐漸下降,5~6月為最高水位,12 月至翌年2 月為最低水位,其變化幅度又因地形、含水層的不同而有差異,總體上基巖裂隙水和風(fēng)化殘積孔隙裂隙水水位隨降雨變化較大,地下水位埋深1.1m~7.1m,地下水年變幅可達(dá)3.0m。
(1)洋翔區(qū)間基巖凸起量大,孤石群極其發(fā)育,盾構(gòu)機(jī)下穿上軟下硬區(qū)段長(zhǎng),盾構(gòu)姿態(tài)極難控制,多次長(zhǎng)時(shí)開(kāi)倉(cāng),發(fā)生安全事故的概率也相應(yīng)增大。
(2)常壓開(kāi)倉(cāng)時(shí),由于拱頂處于殘積砂質(zhì)黏性土層中,拱頂上方土體松散、空洞、水囊多,且該土層遇水極易崩解,容易形成拱頂脫空、塌陷,進(jìn)而發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)事故。
(3)4 月4 日右線YDK24+834 第二次帶壓開(kāi)倉(cāng)時(shí),該處開(kāi)倉(cāng)點(diǎn)采用洞內(nèi)超前注漿,保壓最長(zhǎng)1d,倉(cāng)內(nèi)壓力就開(kāi)始變化,掌子面發(fā)生坍塌,不滿足繼續(xù)帶壓開(kāi)倉(cāng)條件,該處開(kāi)倉(cāng)總用時(shí)60天,至6月5日才開(kāi)始掘進(jìn)。
(1)隧道中心線以上多處于殘積砂質(zhì)黏性土層中,該層為不透水層,無(wú)水時(shí),自身強(qiáng)度較高,工程性能較好,但遇水極易崩解、坍塌。而隧道中心線以下多處于基巖中,基巖裂隙水較為發(fā)育,在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),受施工擾動(dòng)影響,豐富的地下水會(huì)向掌子面匯集,對(duì)殘積砂質(zhì)黏性土層造成侵蝕,從而導(dǎo)致殘積砂質(zhì)黏性土層崩解、坍塌。
(2)區(qū)間隧道上方存在松散、空洞、水囊等不良地質(zhì),在土倉(cāng)壓力及施工震動(dòng)等多方面作用下,原本的土體平衡狀態(tài)被打破,造成水土流失穩(wěn),掌子面坍塌,發(fā)生安全事故。
(3)開(kāi)倉(cāng)停機(jī)時(shí)間太長(zhǎng),掌子面裸露時(shí)間長(zhǎng),在地下水不停地侵蝕下,倉(cāng)內(nèi)泥膜脫落,掌子面土體也被侵蝕,土體崩解,掌子面坍塌。
綜合分析,諸多原因造成掌子面失穩(wěn),進(jìn)而發(fā)生坍塌,造成安全事故,故此只要解決掌子面穩(wěn)定性問(wèn)題,開(kāi)倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn)就大大降低。
針對(duì)袖閥管注漿、WSS地面加固注漿后,常壓開(kāi)倉(cāng)中存在拱頂脫空的現(xiàn)象,QC 小組通過(guò)咨詢國(guó)內(nèi)業(yè)內(nèi)資深專家,決定在開(kāi)倉(cāng)點(diǎn)采用地面素混凝土排樁加固,并輔以排樁間地面注漿加固止水的方式來(lái)加固開(kāi)倉(cāng)點(diǎn),以確保開(kāi)倉(cāng)掌子面及拱頂?shù)姆€(wěn)定性,確保常壓開(kāi)倉(cāng)一次成功。
采用地面素混凝土排樁加固。工藝參數(shù)如下:(1)在計(jì)劃開(kāi)倉(cāng)點(diǎn),采用旋挖鉆施工2 排毒混凝土樁,樁徑1m,樁與樁咬合0.2m,每處施工素樁17根,迎刀盤(pán)方向8根,背刀盤(pán)方向9根。樁間咬合0.2m,施工時(shí),先施工第二排樁,再施工第一排樁,防止第一排樁樁底塌孔。(2)素樁采用C15 混凝土,空樁采用水泥改良土進(jìn)行回填,采用輕型夯錘夯實(shí)。(3)素樁采用跳孔法施工,展開(kāi)平行、流水作業(yè)。(4)施工時(shí)盡量采用干孔作業(yè)。(5)針對(duì)素樁空樁部分較長(zhǎng)的特點(diǎn),采用6m 長(zhǎng)鋼護(hù)筒,防止樁基塌孔。(6)灌注樁灌注混凝土深度為:①迎刀盤(pán)側(cè)(樁編號(hào)1#~8#)0:隧道拱頂6m至隧道拱頂以下3.24m(下至盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)中心線)或深入中風(fēng)化基巖面0.5m,2根邊樁(編號(hào)為1#、8#)深入隧道結(jié)構(gòu)底板以下0.5m或深入中風(fēng)化基巖面0.5m。②背刀盤(pán)側(cè)(樁編號(hào)9#~17#):隧道拱頂3m 至中風(fēng)化基巖面以下0.5m。(7)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)掘進(jìn)至第2排樁0.2m,確保刀盤(pán)處于素樁內(nèi)。開(kāi)倉(cāng)時(shí),素樁在開(kāi)倉(cāng)加固區(qū)上方形成一個(gè)穩(wěn)固的整體,防止開(kāi)倉(cāng)時(shí)拱頂不穩(wěn)定而土層垮塌,造成事故。
第一次(ZDK24+416.283,403環(huán))地面素混凝土樁加固及地面注漿于2019年7月1日開(kāi)始,7月5日結(jié)束,累計(jì)用時(shí)5天。于2019年7月22日進(jìn)行常壓開(kāi)倉(cāng),開(kāi)倉(cāng)作業(yè)持續(xù)3d,開(kāi)倉(cāng)作業(yè)過(guò)程中,掌子面穩(wěn)定無(wú)異常,拱頂無(wú)掉塊、坍塌現(xiàn)象,整個(gè)施工過(guò)程安全可控。
截止至2019年8月12日,素混凝土排樁加固一共進(jìn)行5處,進(jìn)行常壓開(kāi)倉(cāng)4處,每個(gè)開(kāi)倉(cāng)點(diǎn)加固均能滿足常壓開(kāi)倉(cāng)施工,每次常壓開(kāi)倉(cāng)用時(shí)2d,開(kāi)倉(cāng)一次成功,沒(méi)有發(fā)生安全事故及工期延誤情況,施工安全可靠。
盾構(gòu)施工中,常壓開(kāi)倉(cāng)不可避免,但是開(kāi)倉(cāng)過(guò)程中的安全是必須確保的,而復(fù)雜地質(zhì)下,盾構(gòu)施工的開(kāi)倉(cāng)作業(yè)一直是事故多發(fā)、常發(fā)區(qū),而在盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)點(diǎn)采用地面素混凝土排樁對(duì)土體進(jìn)行加固,并輔以樁間注漿止水,可以使盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)點(diǎn)掌子面及刀盤(pán)上下左右均處于素混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),開(kāi)倉(cāng)作業(yè)安全可靠,且能滿足長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)倉(cāng)作業(yè)要求,在地下水豐富,土質(zhì)疏松、基巖凸起上軟下硬地段的盾構(gòu)施工中值得推廣。