沈爾卜，何 源

(1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430074；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；3.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；4.中交二航局第三工程有限公司，鎮(zhèn)江 212000)

現(xiàn)代都市多沿河流口岸興建，中心城區(qū)爆炸式發(fā)展和外拓使城市土地價(jià)格激增、人口擁擠、老城區(qū)升級(jí)改造困難，沿河兩岸發(fā)展嚴(yán)重不均衡使得過江隧道需求日益增多，大直徑泥水平衡盾構(gòu)因其平衡原理適宜穿越透水砂層、密集敏感建構(gòu)筑物和上方水體不斷被采用，在盾構(gòu)施工中對(duì)洞門密封處理是不可或缺的環(huán)節(jié)，對(duì)盾構(gòu)能否順利接收起著至關(guān)重要的作用[1]?，F(xiàn)有的常規(guī)密封法有折頁翻板和簾布橡膠結(jié)構(gòu)形式的密封裝置[2]，但在實(shí)際使用過程中，密封裝置往往無法完全與盾殼緊密貼合。因此，不可避免會(huì)出現(xiàn)漏漿，當(dāng)涌水水量較大或時(shí)間較長時(shí)，極易引發(fā)重大安全事故[3,4]。

以孟加拉卡納普里河底隧道工程大直徑泥水平衡盾構(gòu)套筒內(nèi)接收洞門密封全過程施工實(shí)例為基礎(chǔ)，研究了洞門密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、洞門密封材料和施工方法，總結(jié)有效的洞門密封措施，避免常規(guī)水下接收、干接收和套筒輔助接收時(shí)洞門處注漿超量且無法有效快速封堵問題，對(duì)接收洞門進(jìn)行快速有效的封堵，為類似工程的接收方法和密封材料研究提供借鑒。

1 工程概況

孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目位于孟加拉國吉大港市入?？?，盾構(gòu)接收工作井端頭地層為受河水水力沖刷形成交錯(cuò)砂層，砂土層透水系數(shù)較高，含水層中地下水豐富，水壓較高。隧道采用開挖直徑12.16 m氣墊式泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工，盾構(gòu)機(jī)總長13.58 m，襯砌管片外徑11.8 m，內(nèi)徑10.8 m，環(huán)寬2 m，采用5+2+1錯(cuò)縫拼裝成環(huán)?？紤]隧道所處的強(qiáng)透水地層環(huán)境，盾構(gòu)始發(fā)和接收均采用大直徑鋼套筒輔助，確保盾構(gòu)進(jìn)出洞施工安全。

2 密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 端頭加固及降水設(shè)計(jì)

工作井端頭采用φ1 200@900三重管高壓旋噴樁加固，加固范圍為41 791 mm(寬)×15 000 mm(長)×24 900 mm(深)。根據(jù)總涌水量和單井出水量，共設(shè)計(jì)14口井，其中雙洞中間靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)單井作為“看門井”，觀測接收時(shí)洞門附近水位并對(duì)洞門封堵進(jìn)行泄壓處置。

2.2 端頭加固補(bǔ)充

端頭加固高壓旋噴樁在工作井開挖前完成，在端頭井土方開挖卸荷后，加固體與工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)間已出現(xiàn)富水空間，盾構(gòu)接收洞門封閉時(shí)易產(chǎn)生突水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行鉆注一體機(jī)注漿帷幕補(bǔ)充加固，填充加固體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)空間，封閉兩側(cè)及下部竄水路徑。先使用鉆注一體機(jī)進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)，成孔后后退注漿，注漿采用單液漿從洞門中心向兩側(cè)注漿填充趕水，洞門范圍內(nèi)開設(shè)探孔，安裝球閥后泄水，直至水泥漿流出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與加固體陰角注漿封閉。

2.3 洞門鋼環(huán)、套筒延長鋼環(huán)和洞門處管片設(shè)計(jì)

1)洞門鋼環(huán)預(yù)留注漿孔 工作井結(jié)構(gòu)施工前，對(duì)洞門鋼環(huán)進(jìn)行預(yù)埋與處置。洞門鋼環(huán)采用地面拼圓后分塊安裝，鋼環(huán)每30°設(shè)置預(yù)留注漿孔共計(jì)12處，施工時(shí)注意孔道保護(hù)和球閥螺紋保護(hù)，孔道內(nèi)預(yù)先壓住黃油后采用軟布包裹。

2)延長鋼環(huán)預(yù)留注漿孔 鋼套筒與預(yù)埋鋼環(huán)間采用延長鋼環(huán)過渡連接，延長鋼環(huán)與套筒結(jié)構(gòu)采用法蘭螺栓夾遇水膨脹止水膠條連接密封，與預(yù)埋洞門鋼環(huán)采用水密焊連接，延長鋼環(huán)每15°預(yù)留注漿孔球閥，提前預(yù)打黃油填充。

3)特殊管片設(shè)置 加固體及洞口處管片采用環(huán)設(shè)計(jì)，預(yù)留拉結(jié)裝置預(yù)埋鋼板和增設(shè)注漿孔，拼裝前檢查注漿孔確保有效。

3 盾構(gòu)套筒接收洞門密封系統(tǒng)處置

3.1 大直徑泥水盾構(gòu)套筒接收洞門密封系統(tǒng)處置方法

盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)至圍護(hù)結(jié)構(gòu)立即停機(jī)降水疏干和減壓，套筒內(nèi)鑿除洞門至迎土側(cè)玻璃纖維筋，清理套筒內(nèi)落渣后填砂注水平衡地層壓力。以洞門處為0環(huán)，超拼環(huán)為+1環(huán)為例對(duì)盾構(gòu)接收時(shí)洞門密封系統(tǒng)進(jìn)行說明。

1)洞門內(nèi)管片壁后注漿 盾構(gòu)掘進(jìn)拼裝-6環(huán)時(shí)，套筒內(nèi)泥漿充填管片壁后與加固土層間隙，加固體地層具有一定強(qiáng)度，收斂性較差，地層壓縮空間有限。盾構(gòu)掘進(jìn)拼裝-5環(huán)時(shí)，對(duì)-6環(huán)進(jìn)行雙液漿補(bǔ)充，快速封閉管片與加固體間隙。此時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)在套筒內(nèi)爬升，加大泥水循環(huán)流量排出剩余洞門砼、玻璃纖維筋和套筒內(nèi)填砂，直至盾尾0環(huán)脫出。

2)洞口處注漿密封措施 洞口處0環(huán)管片壁后與洞門間隙較大，且與套筒內(nèi)泥漿相通，常規(guī)注漿將迅速在套筒內(nèi)逸散，無法密封洞門。盾構(gòu)掘進(jìn)拼裝0環(huán)時(shí)，啟動(dòng)同步注漿、預(yù)埋鋼環(huán)應(yīng)急封閉和延長鋼環(huán)阻水注漿系統(tǒng)完成洞口密封。

盾構(gòu)掘進(jìn)0環(huán)且未推出盾構(gòu)時(shí)，利用延長鋼環(huán)注入聚氨酯水泥漿，延長鋼環(huán)整圈均布24注漿孔，采用聚氨酯水泥砂漿抗水分散性和膨化能力形成第一道阻水屏障。掘進(jìn)同步注漿仍采用抗水分散型漿液，同步注漿上、中、下采用5∶3∶2比例注入，注入壓力小于延長鋼環(huán)內(nèi)注漿壓力。

在完成0環(huán)拼裝，進(jìn)行+1超拼環(huán)掘進(jìn)拼裝時(shí)，同步注入改良水泥漿，此時(shí)在延長鋼環(huán)預(yù)留孔注入聚氨酯發(fā)泡封閉外部來水，對(duì)0環(huán)管片進(jìn)行雙液漿和單液漿間歇注入的二次補(bǔ)償注漿。將洞門處發(fā)泡聚氨酯環(huán)箍、聚氨酯水泥漿向前方擠壓，洞門處先注入雙液漿形成骨架，再注入水泥漿進(jìn)行填充，完成洞門環(huán)的最終封堵。延長鋼環(huán)內(nèi)注入聚氨酯環(huán)箍時(shí)，適當(dāng)降低聯(lián)通管路液位減少套筒內(nèi)壓，并通過定期排水觀測有無聚氨酯飄出，當(dāng)聚氨酯飄出時(shí)啟動(dòng)預(yù)埋鋼環(huán)預(yù)留注漿孔，進(jìn)行環(huán)箍補(bǔ)充。

3.2 密封注漿材料的試驗(yàn)與配比

孟加拉卡納普里河底隧道左線接收，洞門密封施工選用三類無機(jī)高分子復(fù)合材料，構(gòu)筑多層止水結(jié)構(gòu)，確保盾構(gòu)機(jī)左線接收過程安全穩(wěn)定。

1)抗水分散型高性能水硬性漿液 抗水分散型高性能水硬性漿液，簡稱Ⅰ型漿，Ⅰ漿主要用于洞門處的同步注漿和鋼套筒內(nèi)部的第二層防水結(jié)構(gòu)，其具備微膨脹性、高抗水分散性及固結(jié)體積穩(wěn)定性，其在項(xiàng)目原有漿液配比的基礎(chǔ)上，通過降低水灰比，提高砂率，復(fù)摻CP-K復(fù)合型抗水分散劑配制而成。CP-K復(fù)合型抗水分散劑由高分子交聯(lián)材料、微膨脹劑、可分散膠粉和聚羧酸減水劑復(fù)配而成，摻量為膠凝材料的1%～4%，抗水分散劑對(duì)漿液性能指標(biāo)的影響見表1。

表1 抗水分散劑對(duì)漿液性能的影響

從表1中可看出，原始配比泌水率較高，且在水中強(qiáng)度損失大，水陸強(qiáng)度比低。隨抗水分散劑摻量增加，水陸強(qiáng)度比逐漸增大，當(dāng)摻量為4%時(shí)，水陸強(qiáng)度比最大，1 d強(qiáng)度比為88.6%，7 d強(qiáng)度比為93.4%；在加入抗水分散劑后，漿液在水中的穩(wěn)定性增強(qiáng)，當(dāng)摻量達(dá)到3%以上時(shí)，漿液基本沒有逸散到水中，抗水分散劑對(duì)于抑制泌水現(xiàn)象、降低收縮率作用顯著，在摻量為2%～4%時(shí)，漿液固結(jié)后有微膨脹效果，泌水率也控制在可接受范圍內(nèi)?？顾稚┑募尤雽?duì)于漿液的流動(dòng)度有不利影響，可添加一定量的聚羧酸減水劑，減少對(duì)流動(dòng)度的不利影響。綜上，抗水分散劑的最佳摻量為3%。

2)水性聚氨酯砂漿 水性聚氨酯砂漿，以下簡稱Ⅱ漿，Ⅱ漿主要用于構(gòu)筑鋼護(hù)筒內(nèi)的第一道止水結(jié)構(gòu)，其需具備比Ⅰ漿更加優(yōu)秀的抗水分散能力，直接抵抗水力剪切，并在塑性狀態(tài)下膨脹，填充鋼護(hù)筒間隙。水性聚氨酯和水迅速反應(yīng)，漿液流動(dòng)性逐漸喪失，直至形成膠結(jié)體。通過調(diào)整固化劑摻量控制砂漿的固化時(shí)間，同時(shí)復(fù)配外加劑對(duì)砂漿工作性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足施工要求。因此，Ⅱ漿注入工藝宜參照雙液漿施工工藝，砂漿和水性聚氨酯漿液分別注入，在管路中混合均勻。砂漿配比見表2。

表2 砂漿配比 /(kg·m-3)

聚氨酯對(duì)漿液性能的影響見圖1，添加聚氨酯后，漿液抗水分散性能改善顯著，塑性狀態(tài)下，漿液體積微膨脹，其中3和4號(hào)配比效果更為明顯，3 d和14 d水陸強(qiáng)度比均超過90%，塑性狀態(tài)下的體積膨脹率分別為4.9%和5.6%。采用實(shí)驗(yàn)室“倒杯法”測試雙液漿膠凝時(shí)間，以匹配雙液漿注漿工藝[5]，最終選定3號(hào)配比配制砂漿。

3)水泥-水玻璃雙液漿 水泥-水玻璃雙液漿能夠快速凝結(jié)，但固結(jié)體密實(shí)性欠缺，耐久性不足，與Ⅰ漿交替注入，充當(dāng)?shù)诙乐顾Y(jié)構(gòu)的骨架結(jié)構(gòu)，漿液配比見表3。

表3 水泥-水玻璃雙液漿配比

3.3 洞門立焊封閉

超拼1環(huán)拼裝完成且盾構(gòu)機(jī)爬升至指定位置后，逐步降低套筒內(nèi)液位，每降低2 m觀測6 h，液位無波動(dòng)后繼續(xù)降低至排空。如液位出現(xiàn)波動(dòng)立即補(bǔ)充洞門注漿至液位降低穩(wěn)定。割除延長鋼環(huán)后進(jìn)行立焊封堵，割除1塊立焊封堵一塊，由下至上對(duì)稱依次封閉。

4 結(jié) 語

以孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目大直徑泥水平衡盾構(gòu)套筒內(nèi)接收洞門密封全過程施工實(shí)例為基礎(chǔ)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料開發(fā)及施工工藝著手，確保洞門密封措施環(huán)環(huán)相扣，便捷有效；建立了合理的注漿密封梯隊(duì)，構(gòu)筑多層止水結(jié)構(gòu)，并根據(jù)材料特點(diǎn)研究了配套施工工藝，形成了洞門密封的有效方法；該方法解決了常規(guī)水下接收、干接收和套筒輔助接收時(shí)洞門處注漿超量且無法有效快速封堵問題，實(shí)現(xiàn)了洞門與管片間封堵密實(shí)可靠的功能需求，具有良好的應(yīng)用前景。