董雪峰

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司）

1 工程概況

天津地下直徑線作為連接天津鐵路樞紐天津站～天津西站的聯(lián)絡(luò)線，全長(zhǎng)5.00548km。海河隧道利用單洞雙線的形式，長(zhǎng)約3.28263km，采取明挖法、盾構(gòu)法進(jìn)行施工?，F(xiàn)場(chǎng)勘察資料顯示，隧道穿越的土層以黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粉土、粉砂及細(xì)砂為主，地下水位較高，水文條件欠佳。

2 盾構(gòu)施工工藝

2.1 始發(fā)端頭井加固

始發(fā)端頭地層主要為粉質(zhì)黏土、粉砂層，結(jié)合地層情況、水文條件以及周邊環(huán)境，決定利用樁徑為850mm的三軸攪拌樁和樁徑為600mm 的雙液高壓旋噴樁對(duì)區(qū)間端頭進(jìn)行加固。前者樁徑850mm，咬合250mm，寬度至圍護(hù)結(jié)構(gòu)500mm，長(zhǎng)度1200cm，深度范圍為洞門(mén)圈向上300cm、向下300cm，加固區(qū)水泥摻量要達(dá)到20%，地面加固區(qū)水泥摻量減少至7%即可；后者需兩排且內(nèi)排和圍護(hù)之間相切，間距450mm，樁深達(dá)2000cm。

將原本加固體和圍護(hù)接縫所需的三重管高壓旋噴樁替換成單重管雙液高壓旋噴樁，以防止加固區(qū)因?yàn)榈叵掳盗鞯挠绊懗霈F(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。為保證盾構(gòu)安全順利進(jìn)行，并且保證加固效果，需降低漿液凝結(jié)時(shí)間[1]。

針對(duì)富水砂層地層，一般會(huì)采用雙液高壓旋噴樁來(lái)提升加固效果，而且已經(jīng)在福州地鐵項(xiàng)目中充分展現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)。該工藝相較于單重管高壓旋噴工藝有以下不同：水玻璃的噴射次數(shù)增加一次，需在引孔之后準(zhǔn)備好旋噴樁鉆機(jī)，等到達(dá)樁底后即可在30MPa 的噴射壓力、1：1 的水灰比下以12～15㎝/min 的速度進(jìn)行旋噴提升噴漿。在完成該工序和提起鉆桿之后，先完成清洗工作，再下鉆到樁底后以30～40 濃度的水玻璃、15MPa 的噴射壓力、1：1 的水泥漿水玻璃比、5㎝/min 的速度進(jìn)行水玻璃噴射。在水玻璃溢出時(shí)，為避免水玻璃出現(xiàn)凝固和鉆桿抱死，需要漸漸加速最終提起鉆桿。加固設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 加固區(qū)設(shè)計(jì)圖

2.2 洞門(mén)密封

建壓完成后進(jìn)行泥水盾構(gòu)掘進(jìn)，并利用洞門(mén)鋼套（400m）來(lái)配合傳統(tǒng)簾布橡膠和折頁(yè)板。同時(shí)將2 道盾尾刷焊接于鋼套和洞門(mén)鋼環(huán)中，再埋入注脂管。為了保證洞門(mén)具有更好的密封性，可以在開(kāi)始時(shí)利用盾尾油脂泵添加盾尾油脂。洞門(mén)密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

安裝好洞門(mén)密封裝置后，將盾尾油脂涂抹于2 道盾尾刷上。為防止推進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)雜物落入洞門(mén)盾尾刷，對(duì)洞門(mén)的密封性產(chǎn)生影響，必須做好清理工作之后才能開(kāi)始盾構(gòu)始發(fā)工作。撐子面和刀盤(pán)接觸后，可以利用盾尾油脂泵將油脂灌到洞門(mén)盾尾刷內(nèi)，直到油脂腔被油脂填滿后才進(jìn)行泥水建壓，最后進(jìn)行固體掘進(jìn)的工序。

圖2 洞門(mén)密封結(jié)構(gòu)示意圖

掘進(jìn)時(shí)油脂會(huì)出現(xiàn)部分損失的現(xiàn)象，這主要是因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)和洞門(mén)鋼環(huán)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)洞門(mén)密封性產(chǎn)生了消極作用，為了充分發(fā)揮洞門(mén)盾尾刷的密封性能，盾尾油脂的填入要具有持續(xù)性。

3 封洞門(mén)施工

3.1 環(huán)形鋼板的焊接

在進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)前，需準(zhǔn)備一環(huán)管片背部預(yù)埋鋼管的管片，并將寬1000mm、厚10mm 的鋼板放置在管片背部中間，提前依據(jù)始發(fā)井長(zhǎng)度對(duì)負(fù)環(huán)排列。舉例來(lái)說(shuō)，天津站～天津西站的聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)段共有9 環(huán)負(fù)環(huán)，0 環(huán)環(huán)寬600mm 且相切于洞門(mén)鋼套。利用10mm 厚、450mm 環(huán)寬的環(huán)形鋼板對(duì)封洞門(mén)進(jìn)行施工。

在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到盾尾止?jié){板相切于洞門(mén)鋼套，加固體長(zhǎng)達(dá)12m，刀盤(pán)深入加固體到8.79mm 后封洞門(mén)。此工序需要先拆除折頁(yè)板、洞門(mén)簾布，之后利用環(huán)形鋼板對(duì)洞門(mén)鋼套和管片以滿焊的方式進(jìn)行焊接。在完成上述工序后，在洞門(mén)鋼套和管片之間將有一個(gè)密封腔，且在滿焊之后鋼板強(qiáng)度會(huì)有所增加。

3.2 洞門(mén)同步注漿

在焊接好洞門(mén)鋼套環(huán)形鋼板后進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)工作，在+5 環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)離加固體還有1.5m 時(shí)注漿，利用盾構(gòu)機(jī)自身攜帶的注漿機(jī)且同步進(jìn)行，如圖3 所示。共有4 根注漿管放置在盾尾左上、右上、右下、左下四個(gè)方向。此時(shí)盾構(gòu)機(jī)盾尾和洞門(mén)鋼套距離較近，約1.7m，應(yīng)將注漿壓力、速度控制在合理范圍內(nèi)，避免洞門(mén)鋼套環(huán)形鋼板出現(xiàn)變形、漏漿，最終影響密封性[2]。

圖3 同步注漿示意圖

本區(qū)間富水砂層具有特殊性，本同步注漿漿液配合比的試驗(yàn)根據(jù)上海、南京、廣州、蘭州等城市的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)試驗(yàn)，如果水泥含量超過(guò)200kg/m3，不僅強(qiáng)度會(huì)增加，而且可以縮短漿液初凝時(shí)間。此時(shí)的漿液自身和易性、可泵性較好，體積會(huì)因?yàn)槟潭鴾p小，符合填充管片壁仍有空隙的要求。

3.3 二次注漿補(bǔ)強(qiáng)

等到工程進(jìn)展到+10 環(huán)之后開(kāi)始2 次注漿封堵工作。此時(shí)需要用到水泥水玻璃雙液漿，要求水灰比1：1，水泥漿：水玻璃為1：1。注漿量一般保持在0.2～1m3，可以依實(shí)際情況調(diào)整。注漿大概在+1～+3 環(huán)之間，采取跳孔注漿的方式，直至產(chǎn)生止水環(huán)。

3.4 始發(fā)段盾構(gòu)掘進(jìn)

盾構(gòu)施工中最為關(guān)鍵的一步是盾構(gòu)始發(fā)段的掘進(jìn)工序，此工序分為兩階段進(jìn)行。首先是加固體內(nèi)掘進(jìn)，其次是出加固體至正常地層掘進(jìn)。該工序所用到的泥水盾構(gòu)不同于土壓盾構(gòu)，主要原因是泥漿質(zhì)量是保證施工質(zhì)量的前提。當(dāng)開(kāi)挖加固地層時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到又硬又大的渣塊，此時(shí)為了渣土置換順利進(jìn)行，需要準(zhǔn)備好破碎機(jī)時(shí)刻進(jìn)行破碎處理。一般來(lái)說(shuō)，泥漿粘度為32s、鵬潤(rùn)土泥漿比重為1.15～1.25g/cm3時(shí)能快速成膜且具備較高的流塑性、挾渣能力增強(qiáng)。以泥漿循環(huán)方式為標(biāo)準(zhǔn)劃分泥水盾構(gòu)可分為正循環(huán)和逆洗兩種。正循環(huán)模式應(yīng)用較廣泛，此模式一般是泥漿從進(jìn)漿管進(jìn)、排漿管出的正常順序，而逆襲泥漿循環(huán)模式常用于富水層砂的地質(zhì)，此時(shí)需要監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)加固過(guò)程中可能出現(xiàn)的周邊建筑、管線的變化，避免盾構(gòu)掘進(jìn)發(fā)生意外[3]。

逆洗模式掘進(jìn)具有下列優(yōu)點(diǎn)：①可以精準(zhǔn)控制掘進(jìn)中開(kāi)挖的土方量；②不會(huì)出現(xiàn)超挖；③減小地表沉降的概率。該模式又有下列缺點(diǎn)：在漿液自排漿管從進(jìn)漿管排出時(shí)會(huì)攜帶較多渣土，但是進(jìn)漿管在排漿管的上方且直徑小于排漿管的管徑，同時(shí)渣土在離析后容易出現(xiàn)沉淀。如果掘進(jìn)時(shí)泥水倉(cāng)內(nèi)部出現(xiàn)大量渣土，會(huì)出現(xiàn)堵倉(cāng)、結(jié)泥餅的情況，最終導(dǎo)致泥漿無(wú)法實(shí)現(xiàn)正循環(huán)、渣土無(wú)法置換。對(duì)此，結(jié)合福州地鐵相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)利用逆洗模式時(shí)，為了讓沉淀量保持較低值，需要每完成20～30cm 的掘進(jìn)后停機(jī)進(jìn)行泥漿正循環(huán)，當(dāng)渣土減少后再運(yùn)用逆洗模式。當(dāng)1 環(huán)掘進(jìn)號(hào)后循環(huán)使用兩種模式，以便泥水倉(cāng)中的渣土順利置換。

4 結(jié)束語(yǔ)

在富水砂層應(yīng)用泥水盾構(gòu)始發(fā)工藝，施工時(shí)，需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)現(xiàn)有的地鐵結(jié)構(gòu)，分析、總結(jié)所獲取的數(shù)據(jù)。為了避免既有地鐵隧道風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)利用多項(xiàng)控制措施，保證頂進(jìn)開(kāi)挖引發(fā)現(xiàn)有地鐵隧道發(fā)生的變形量在合理范圍內(nèi)。