栗尚明

(1.中國鐵建昆侖投資集團有限公司 四川成都 610000；2.中鐵建昆侖地鐵投資建設管理有限公司 四川成都 610000）

1 前言

在富水粉砂復合地質(zhì)條件下，若端頭加固質(zhì)量存在缺陷極易發(fā)生洞門涌水涌砂，從而直接影響盾構(gòu)的正常到達接收[1-2]。目前，在國內(nèi)若因地質(zhì)條件或地面條件限制無法進行水泥攪拌樁端頭加固時，往往采用水平冷凍加固的方法[3]，但因加固體的長度限制以及地下水流動等因素，盾構(gòu)的到達接收仍然存在較大風險，為解決盾構(gòu)到達洞門的涌水問題，在盾構(gòu)施工中對于洞門密封處理便是不可或缺的環(huán)節(jié)，對盾構(gòu)能否順利接收起著至關(guān)重要的作用[4-5]。

現(xiàn)有常規(guī)洞門密封法采用折頁翻板和簾布橡膠結(jié)構(gòu)形式的密封裝置[6]，但在實際使用過程中，由于簾布橡膠與盾殼之間往往無法完全緊密貼合，在盾構(gòu)機達到掘進時，也不可避免地存在漏漿現(xiàn)象，當涌水較大或時間較長時，易引發(fā)重大安全事故[7-9]。針對華東地區(qū)典型的富水砂層，盾構(gòu)進洞時易發(fā)生涌水涌砂的高風險，結(jié)合某市地鐵盾構(gòu)接收，創(chuàng)新研究了盾構(gòu)到達洞門密封接收技術(shù)。

2 工程概況

某市地鐵4號線一期工程，盾構(gòu)區(qū)間為地下雙線單圓盾構(gòu)隧道，隧道雙線總長2 323.305 m，隧道外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，管片厚350 mm，隧道埋深7.5～23 m。

盾構(gòu)區(qū)間在復興路站盾構(gòu)出洞位置所處地層為③5砂質(zhì)粉土夾粉砂、③6粉砂、16-1碎石夾黏土地層中；其中③5砂質(zhì)粉土夾粉砂、③6粉砂滲透性好，強度低，易坍塌，盾構(gòu)出洞時有涌砂冒水風險。隧道頂部埋深10.5～23 m，盾構(gòu)掘進范圍將遇③6粉砂、③7-1砂質(zhì)粉土、⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、(16）夾含碎石粉質(zhì)黏土、(21）1全風化安山玢巖、(21）2強風化安山玢巖及(21）3-1中風化上段安山玢巖，總體均勻性較差。盾構(gòu)穿越粉土、砂土層時，在水動力和盾構(gòu)欠壓掘進，易發(fā)生管涌和流砂；黏土層具有高含水量、高壓縮性和低強度的特點，易發(fā)生觸變和流變；碎石土層均一性差，阻力大；安山玢巖含有大量黏性土，黏性大，具有一定膨脹性。

3 洞門組合密封技術(shù)原理

在盾構(gòu)機推進洞門前，在洞門環(huán)上安裝環(huán)狀剛性密封構(gòu)件，該密封構(gòu)件其內(nèi)環(huán)小于盾構(gòu)機盾體外徑，在組成環(huán)狀剛性密封構(gòu)件的兩道環(huán)形鋼板靠近內(nèi)環(huán)設有徑向切割縫，當盾構(gòu)機盾體從環(huán)狀剛性密封構(gòu)件出穿過時，在盾構(gòu)機的外力作用下環(huán)形鋼板有切割縫的部分外翻，并通過兩鋼板之間的海綿壓縮后形成第一道密封，盾構(gòu)機繼續(xù)前進，通過外置洞門時，拉緊連接環(huán)狀柔性密封構(gòu)件簾布壓板的鋼絲繩，盾構(gòu)機的盾體外殼與橡膠簾布緊密接觸，又形成第二道密封；當盾構(gòu)機的盾尾尾部端面距離外置洞門環(huán)外部剩余30～50 cm時，在盾構(gòu)機盾尾與外置洞門環(huán)之間焊接環(huán)形密封鋼板進行第三道密封；在第三道密封完成之后，采用同步注漿與雙液漿組合，將管片外部間隙充分注漿密實，待漿液凝結(jié)后，拆掉第三道密封件，盾構(gòu)機推出外置洞門。

4 洞門密封關(guān)鍵技術(shù)

4.1 準備工作

(1）盾構(gòu)到達洞門前，在洞門處預埋洞門環(huán)[10]。預埋洞門環(huán)的筒狀環(huán)體預埋在盾構(gòu)達到洞口的內(nèi)環(huán)面，其外環(huán)板預埋在洞口的外端面，形成截面為橫向L型的鋼環(huán)支撐結(jié)構(gòu)。

(2）在盾構(gòu)機抵達洞門冷凍體杯底前，提前進行洞門破除，要求洞門破除至完全暴露出內(nèi)層鋼筋。

4.2 環(huán)狀柔性密封構(gòu)件安裝和洞門環(huán)外置技術(shù)

盾構(gòu)到達前，在洞門外預埋洞門環(huán)的外環(huán)板上安裝環(huán)狀柔性密封構(gòu)件和外置洞門環(huán)。具體安裝過程:在預埋洞門環(huán)的外環(huán)板上安裝螺桿，將環(huán)形橡膠簾布通過自己的螺栓孔掛在預埋洞門環(huán)上安裝的螺桿上，然后將外置洞門環(huán)的多塊弧形鋼板沿著預埋洞門環(huán)的外環(huán)板固定壓住環(huán)形橡膠簾布，并在外置洞門環(huán)的內(nèi)側(cè)擋板上預留螺栓孔，每壓住一塊外置洞門環(huán)，在預埋洞門環(huán)的內(nèi)側(cè)擋板上的螺栓孔內(nèi)安裝螺桿，在外置洞門環(huán)內(nèi)側(cè)擋板外安裝多塊簾布壓板，每塊簾布壓板是由固定板和活動板鉸鏈而成，在簾布壓板的固定板上開設有螺栓孔，并通過螺桿將簾布壓板的固定板和外置洞門環(huán)一起固定壓住環(huán)形簾布，依次安裝環(huán)形外置洞門環(huán)的每塊弧形板，安裝好后的弧形鋼板組成一個完整的洞門環(huán)，多塊簾布壓板也組成一個環(huán)形，將外置洞門環(huán)與簾布一起壓緊，最后將多塊簾布壓板的活動板通過鋼絲繩連為一體；在外置洞門環(huán)的環(huán)面上設置兩個長孔，拉住簾布壓板的鋼絲繩可通過其中穿出外置洞門環(huán)外部，然后通過手拉葫蘆可對簾布壓板拉緊。預埋洞門環(huán)、環(huán)狀柔性密封構(gòu)件和外置洞門環(huán)位置關(guān)系示意圖見圖1，實際效果見圖2。

圖1 預埋洞門環(huán)、環(huán)狀柔性密封構(gòu)件和外置洞門環(huán)位置示意

4.3 同步注漿與雙液漿組合注漿技術(shù)

圖2 預埋洞門環(huán)、環(huán)狀柔性密封構(gòu)件和外置洞門環(huán)位置施工

盾構(gòu)機從抵達冷凍體停機位前5環(huán)時開始，至抵達停機位，采用同步單液注漿與雙液漿結(jié)合，共同形成管片壁后注漿體系。雙液漿注入采用在盾尾后的倒數(shù)第5環(huán)管片上半圓進行雙液注漿，調(diào)整雙液漿的凝結(jié)時間為60 s。在盾構(gòu)抵達冷凍體停機位后，仍繼續(xù)進行同步注漿至達到注漿壓力控制值。同時，在盾尾后的倒數(shù)第4環(huán)管片的上半圓位置進行雙液注漿，調(diào)整雙液漿的凝結(jié)時間為30 s；同時，對冷凍體進行拔除冷凍管的作業(yè)。在盾構(gòu)抵達停機位后至再次推進前，利用冷凍拔管時間，雙液漿封閉成環(huán)，同步注漿注至飽滿。

盾構(gòu)機同步注漿采用新型自拌惰性漿液，漿液稠度為150，凝結(jié)時間為13 h。自拌惰性漿液與傳統(tǒng)水泥砂漿漿液[11-12]配合比見表1。

表1 注漿材料配合比對比 kg/m3

4.4 安裝環(huán)狀剛性密封件的上部2/3圓

在冷凍管全部拔出后，盾構(gòu)機恢復掘進，在盾尾后倒數(shù)第4環(huán)管片的上半圓位置進行雙液注漿，雙液漿凝結(jié)時間為30 s，盡可能使雙液漿與冷凍體凍結(jié)壁快速形成封閉環(huán)；土倉內(nèi)始終保持0.3～0.5 bar的土壓，有利于盾尾注漿密實；直至刀盤抵達洞門鋼筋混凝土保護層，在抵達保護層后，繼續(xù)進行同步注漿及雙液注漿，雙液注漿需成環(huán)，同步注漿盡可能飽滿。與此同時，在預埋洞門環(huán)上安裝鋼板和海綿組合而成的環(huán)狀剛性密封件(見圖3），先安裝環(huán)狀剛性密封件的上部2/3圓，剛性密封件采用2道厚度為0.5 cm的弧形鋼板，直接將鋼板焊接在預埋洞門環(huán)上，兩鋼板之間填充150 mm×150 mm的海綿條。

圖3 安裝環(huán)狀剛性密封件的上部2/3圓

4.5 三道密封技術(shù)

(1）第一道密封

刀盤空轉(zhuǎn)，螺旋機出空土倉內(nèi)土體，而后繼續(xù)推進破除洞門，在刀盤破除洞門后，清理完渣土，接著安裝下方1/3的剛性密封件的鋼板和海綿組合(見圖4）。下部分的剛性密封件安裝與上部分安裝過程一樣，安裝好的剛性密封件形成一個完整的環(huán)形。為確保盾構(gòu)機能夠順利通過，且保證其密封效果，在剛性密封件的環(huán)形鋼板靠近內(nèi)圈10 cm的位置開設有徑向切割縫，在盾構(gòu)機通過時，切割縫張開，環(huán)形鋼板外翻，外翻后的環(huán)形鋼板的與盾構(gòu)機外表面貼合，此時海綿便會緊貼盾構(gòu)機外壁，形成第一道密封。

圖4 安裝環(huán)狀剛性密封件的下部1/3圓

(2）第二道密封

盾構(gòu)機繼續(xù)前進，在盾構(gòu)機的盾體通過外置洞門環(huán)時，通過手拉葫蘆拉緊鋼絲繩，使簾布壓板向內(nèi)緊壓在環(huán)形橡膠簾布上，盾構(gòu)機盾體通過給環(huán)形橡膠簾布一個向外的推力，在兩個力的作用下環(huán)形橡膠簾布緊貼在盾構(gòu)機的盾體外壁，形成第二道密封(見圖5）。

(3）第三道密封

在盾構(gòu)機進入洞門，且盾尾尾端距離外置洞門外部剩余30～50 cm時(依據(jù)最后一環(huán)管片的行程確定），采用多塊弧形鋼板將盾尾與外置洞門環(huán)外側(cè)擋板焊接為整體，多塊弧形鋼板之間也密封焊接，組成完整環(huán)形密封鋼板，形成第三道密封(見圖6）。

圖5 第二道密封

圖6 第三道密封

在環(huán)形密封鋼板焊接完成后，采用同步注漿與雙液漿組合，將管片外部充分注漿密實，待漿液凝結(jié)后，割除弧形鋼板，將盾構(gòu)機推出外置洞門。

4.6 預留泄水閥

在施工過程中，在外置洞門環(huán)的外板面預留多個泄水閥(見圖7），在焊接第三道密封過程中，有流水時，通過泄水閥進行引流，在焊接完成后，關(guān)閉泄水閥。

圖7 預留泄水閥

5 三道密封質(zhì)量保證措施

(1）第一道環(huán)形密封鋼板:嚴格控制鋼材質(zhì)量，且每一構(gòu)配件加工完成后，首先應對尺寸、厚度等進行人工量測，是否符合現(xiàn)場條件要求。對洞門預埋鋼環(huán)內(nèi)側(cè)進行檢查，確保焊接內(nèi)置環(huán)形密封鋼板位置無雜物，貼合度良好；環(huán)形密封鋼板各部位焊縫，須嚴格按照規(guī)范要求進行焊接，確保焊接質(zhì)量。

(2）第二道密封橡膠簾布和折頁板:使用前對橡膠簾布和折頁板進行檢查，確保橡膠簾布質(zhì)量良好，無破損，折頁板彎折良好，無變形。對洞門預埋鋼環(huán)外側(cè)預留螺栓孔進行檢查，確?？變?nèi)無雜物，絲口良好，損壞的絲孔安裝螺栓時需要焊接加固，并注重焊接質(zhì)量。嚴格控制簾布和折頁板安裝質(zhì)量，折頁板塊與塊之間需要用鋼筋搭連焊接為整體，防止進洞過程中，某塊折頁板脫落，造成橡膠簾布脹開失效。

(3）第三道密封外置洞門環(huán)和環(huán)形密封鋼板:外置洞門鋼環(huán)制作需按照盾構(gòu)機盾尾直徑加工，環(huán)形加工精度需保證預留焊接空間，安裝需注重每一塊的質(zhì)量，避免變形，塊與塊之間貼合不緊密，當貼合不緊密時需要焊接為整體。

6 結(jié)束語

該技術(shù)成功應用于盾構(gòu)接收洞門密封施工中，實際盾構(gòu)機出洞后，未發(fā)生涌水涌砂險情，且洞門封堵二次注漿只用2 d便完成，大大提高了施工效率，在經(jīng)濟效益可觀的情況下也提高了施工質(zhì)量，確保了施工安全，降低了地面塌方的風險，綜合效益明顯。該技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:(1）采用三道密封，密封可靠性強，可確保盾體與洞門之間的密封效果，且整個密封結(jié)構(gòu)的施工方法簡單、成本較低，并可以完全將漿液密封，密封效果好，整個施工過程安全易行，出洞時有效降低了事故風險，未發(fā)生涌水涌砂險情。(2）封堵時洞門外未漏雙液漿，有效地節(jié)省了注漿材料和勞動力成本。(3）封堵洞門快速、安全、高效，盾構(gòu)機在頂進洞后，在合適位置焊接第三道密封外弧形鋼板，當?shù)谌烂芊饣⌒武摪逭w焊接完成時，洞門形成完全密閉空間，可大大降低洞門滲漏水風險，提高了施工質(zhì)量。(4）在外置洞門環(huán)的外板面預留多個泄水閥，在第三道密封焊接過程中，有流水時，通過泄水閥進行引流，保證洞內(nèi)水流隨時排走，降低滲漏水風險。(5）采用新型自拌惰性漿液，具有良好的穩(wěn)定性、抗稀釋性和適當?shù)某跄龝r間，且固結(jié)體積收縮小、泌水率小，能有效實現(xiàn)重復充填，管片壁后注漿飽滿；對易形成滲流通道的巖土分界面依據(jù)土倉水量進行重點雙液注漿，即可快速實現(xiàn)水流封堵效果，不需整環(huán)施作止水環(huán)，施工速度快，施工成本較低。