孫津津
(中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司,北京 100000)
湯泉水庫位于南京市江寧區(qū)湯山街道湯山社區(qū),屬秦淮河流域,位于本區(qū)間左側(cè),間距20~300m。盾構(gòu)隧道側(cè)穿湯泉水庫,主要影響里程為K18+305~K18+410(約88 環(huán),管片寬度1.2m),隧道頂板距離湯泉水庫河底約15m 左右。側(cè)穿區(qū)間與水庫最小水平距離約14.4m。YK18+200~YK18+636 段進(jìn)入閃長玢巖侵入?yún)^(qū),以強(qiáng)風(fēng)化閃長玢巖、破碎中風(fēng)化閃長玢巖為主,因風(fēng)化程度不同而軟硬不均,局部可見少量風(fēng)化泥巖。湯泉水庫大壩長270米,頂寬6 米。迎水坡坡比為1:3, 46.0m 高程以上采用砼護(hù)坡,背水坡坡比為1:2.5,46.2m 高程處設(shè)一3m 寬臺,壩腳地面高程為42.0m,最大壩高10.6m。過水涵洞為砼、漿砌石混合結(jié)構(gòu)。針對以上工況,我公司通過前期地質(zhì)補(bǔ)勘、施工過程控制以及制定專項(xiàng)監(jiān)測方案等,結(jié)合多項(xiàng)措施,順利安全完成了盾構(gòu)側(cè)穿水庫施工。(圖1、2)
圖1 線路平面示意圖
原地勘報告顯示,區(qū)間側(cè)穿水庫范圍地質(zhì)條件為以強(qiáng)風(fēng)化閃長玢巖、破碎中風(fēng)化閃長玢巖為主,因風(fēng)化程度不同而軟硬不均,局部可見少量風(fēng)化泥巖。為了施工安全可靠,對原地勘報告進(jìn)行復(fù)核,在原地勘報告每30m 一個地勘點(diǎn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行加密勘探,定為每5m 一個地勘點(diǎn)。通過地質(zhì)補(bǔ)勘與原地勘報告相互印證,補(bǔ)勘結(jié)果符合原地勘報告,為施工過程中盾構(gòu)機(jī)參數(shù)設(shè)置提供依據(jù)。
為確保水庫安全運(yùn)行的前提下進(jìn)行盾構(gòu)施工,我公司委托南京水利科學(xué)研究院承擔(dān)盾構(gòu)隧道施工期間湯泉水庫大壩安全監(jiān)測工作,提供施工大壩安全性態(tài)的監(jiān)測成果和分析報告,旨在指導(dǎo)盾構(gòu)隧道施工,保障湯泉水庫大壩安全運(yùn)行,并可為類似項(xiàng)目論證和施工提供重要支撐。監(jiān)測主要為兩大方面:一是進(jìn)行了大壩壩體變形監(jiān)測,在盾構(gòu)側(cè)穿水庫期間,通過每日的監(jiān)測日報發(fā)現(xiàn),未出現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警,盾構(gòu)機(jī)對地層擾動小,大壩壩體整體穩(wěn)定良好;二是進(jìn)行大壩壩基滲流監(jiān)測,通過水位觀測點(diǎn)監(jiān)測,判斷破碎中風(fēng)化閃長玢巖基巖裂隙滲透水情況,根據(jù)各觀測點(diǎn)反饋,各觀測點(diǎn)水位變化穩(wěn)定,基巖裂隙滲水性弱,對施工影響小。
圖2 湯泉水庫與盾構(gòu)區(qū)間平面位置關(guān)系
2.3.1 側(cè)穿水庫前試掘進(jìn)
在到達(dá)側(cè)穿水庫前地段設(shè)置200m 試驗(yàn)段,根據(jù)試驗(yàn)段出渣量、推力、土倉壓力、刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、地表沉降觀測等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,收集、整理、分析、深化比選確定水庫穿越段施工參數(shù)。并結(jié)合隧道覆土變化、地表監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)施工、動態(tài)管理,確保水庫安全可控的情況下,安全、快速通過水庫影響區(qū)域。
2.3.2 土倉壓力控制
根據(jù)地質(zhì)條件,確定穿越水庫段采用半倉氣壓、半倉土壓的推進(jìn)模式進(jìn)行隧道掘進(jìn),并且在掘進(jìn)過程中要連續(xù)、勻速施工,土倉壓力值要大于靜止土壓力0.1-0.15bra,結(jié)合地表沉降觀測情況,決定是否需要對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,同時要做好相關(guān)渣土改良工作。土倉壓力計(jì)算方式如下:
根據(jù)公式P=k*γ*h,
P——水土平衡壓力;
γ——土體容重(kN/m3);
h——隧道中心埋深;
k——側(cè)向靜止土壓力系數(shù);由土體靜止壓力系數(shù)表查表得,系數(shù)為1/6 即0.167。
見表1。
表1 中心土壓力計(jì)算依據(jù)
側(cè)穿水庫段中心理論土壓力即為:P=0.17×29.4×19≈0.95bar。掘進(jìn)中比理論稍高即1.1 bar~1.3bar。
土倉壓力計(jì)算可參照以上方法進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)地勘有關(guān)巖層參數(shù)、盾構(gòu)埋深深度、地下水穩(wěn)情況進(jìn)行實(shí)際參數(shù)的取值,同時要根據(jù)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋,對盾構(gòu)機(jī)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。
2.3.3 掘進(jìn)參數(shù)控制
根據(jù)試驗(yàn)段掘進(jìn)效果,制定出盾構(gòu)機(jī)的刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、刀盤扭矩等參數(shù),具體為軟硬不均地層刀盤轉(zhuǎn)速在0.8~1.2r/min,保持30-40mm/min 左右的掘進(jìn)速度勻速平穩(wěn)通過。刀盤扭矩≯4500KN.m。
全斷面中風(fēng)化閃長玢巖以及中風(fēng)化閃長玢巖刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.4r/min~2.0r/min。掘進(jìn)速度20~40mm/min。刀盤扭矩≯4000KN.m。(表2)
表2 掘進(jìn)參數(shù)表
2.3.4 出土量控制
嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)出土量,總體損失量控制在0.5%以內(nèi)。
盾構(gòu)掘進(jìn)理論出土量:
出土量V=Π×(D/2)2×L=Π×(6.47/2)2×1.2=39.5m3/環(huán)
每環(huán)理論出土量乘上松散系數(shù)1.2~1.4 約為:(47.5~55)m3。
其中:D- 盾構(gòu)外徑(m);L- 管片長度(m)。
為保證側(cè)穿水庫施工安全,穿越過程中每環(huán)的出土量控制在46.5~54m3/環(huán)。為保證側(cè)穿水庫過程中,隧道掌子面土壓平衡控制,在施工過程中要根據(jù)土倉內(nèi)土壓力的變化情況,以及地表沉降觀測情況,對參數(shù)及時調(diào)整,達(dá)到控制地面沉降的效果。
出渣量通過量測斗車體積以及龍門吊稱重的方式進(jìn)行體積確定,將實(shí)測的出圖體積與理論出土體積進(jìn)行對比,若是發(fā)現(xiàn)出渣量異常,及時向值班工程師進(jìn)行匯報,根據(jù)實(shí)際情況,采取地面注漿、二次補(bǔ)漿等措施確保安全。
2.3.5 姿態(tài)控制
2.3.5.1 在側(cè)穿水庫過程中,不可采用大幅度糾偏,可采取少量糾正或輕微糾正,同時控制盾體相鄰頂推千斤頂?shù)耐屏ο嗖畈荒芴?,防止盾體前進(jìn)路線出現(xiàn)不規(guī)則線型,對土體擾動過大。
2.3.5.2 施工過程中,要注重對管片的監(jiān)控量測規(guī)則,用以指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整,當(dāng)出現(xiàn)上浮或者下沉的不良情況,要加強(qiáng)該區(qū)域的監(jiān)測頻率,通過加強(qiáng)同步注漿及二次注漿等措施進(jìn)行補(bǔ)救。
2.3.5.3 控制盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)推進(jìn)速度,最大力度確保能夠勻速前進(jìn),同時控制盾體姿態(tài),不宜變化過大。
2.3.5.4 盾構(gòu)掘進(jìn)中,確保采用穩(wěn)坡法、緩坡法等方式推進(jìn),以減少盾構(gòu)施工對地表的影響。
2.3.6 土體改良措施
在側(cè)穿段,主要地質(zhì)條件為中風(fēng)化閃長玢巖,局部夾雜泥巖,為防止刀盤結(jié)成泥餅降低推進(jìn)效率,采用泡沫改良方式進(jìn)行渣土改良,以保證盾構(gòu)推進(jìn)效率。
2.3.7 同步注漿
盾構(gòu)機(jī)同步注漿是控制區(qū)間地表沉降、防止管片出現(xiàn)上浮、下沉及錯臺等的極為重要的方法。盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)外徑要比盾構(gòu)機(jī)本身盾體的外徑要略小,當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)過后,就會在盾體與隧道巖層之間出現(xiàn)一定的空隙,就需要及時補(bǔ)充同步注漿漿液來填充該縫隙,防止出現(xiàn)以上不良情況。
通過施工前的方案編制以及理論上的計(jì)算,可以得出本工程每環(huán)需要同步注漿的理論注漿量,同時結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn),將注漿量進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整至120%-170%,同時控制注漿的主要參數(shù),即注漿量、注漿壓力,通過雙控指標(biāo)來進(jìn)行注漿控制,以達(dá)到區(qū)間穩(wěn)定的目的。
2.3.8 二次注漿
由于土體之間存在收縮,同步注漿液存在滲透溢流,盾構(gòu)機(jī)通過后,盾體與巖層之間仍然存在一定的空隙,在此就需要再次進(jìn)行注漿來填充縫隙,即二次注漿。
2.3.8.1 二次注漿通過刮片上的吊裝孔進(jìn)行注漿,將注漿頭插進(jìn)注漿孔,通過注漿機(jī)進(jìn)行注漿,漿液采用水泥水玻璃漿液,該漿液能夠快速凝結(jié),及時填充管片與巖層之間的空隙。
2.3.8.2 根據(jù)本工程設(shè)計(jì)圖紙要求,漿液的配合比有明確要求,水灰比為1:1,同時水泥漿與水玻璃溶液的體積比為1:1,該配比調(diào)制的漿液凝結(jié)時間為20~30 秒左右。
2.3.8.3 二次注漿要特別注意不能離盾體尾部太近,可能會因?yàn)闈{液的凝結(jié)導(dǎo)致盾體尾部部分凝固被卡頓,影響盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),往往選擇在盾構(gòu)后方10 環(huán)左右進(jìn)行二次補(bǔ)漿。同時,結(jié)合地表沉降觀測數(shù)據(jù),當(dāng)?shù)乇沓两禂?shù)據(jù)發(fā)生異常時,也需要對異常位置的管片進(jìn)行二次注漿。二次注漿的控制標(biāo)準(zhǔn)與同步注漿一致,通過注漿量與注漿壓力雙控指標(biāo)進(jìn)行控制。
2.3.8.4 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,二次補(bǔ)漿壓力和注漿量不要過大,根據(jù)上部地層覆土厚度注漿壓力控制在2.8~4.0bar,根據(jù)地表監(jiān)測值以滿足沉降的要求。
2.3.9 保證盾尾密封應(yīng)對措施
側(cè)穿水庫段采用康耐特油脂,替換原有油脂,確保盾尾在穿越過程中安全有效。在側(cè)穿水庫期間,根據(jù)專家評審意見并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn),盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)5 環(huán),對盾構(gòu)油脂進(jìn)行一次全面檢查。同時盾構(gòu)推進(jìn)過程中,嚴(yán)格控制盾尾油脂的注入,尤其是注入壓力,要不小于4.5bra,并根據(jù)實(shí)際情況,采用手動模式的方式進(jìn)行油脂的補(bǔ)強(qiáng)注入。尤其是同步注漿冒漿的部位,要極為重視油脂的注入。保證盾構(gòu)姿態(tài)平穩(wěn),勤糾、緩糾,盾尾間隙不均導(dǎo)致盾尾滲漏。加強(qiáng)管片選型,管片拼裝前一定要測量實(shí)際的盾體尾部與管片的間隙,經(jīng)過值班技術(shù)人員的同意才可以進(jìn)行拼裝。
本工程盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿水庫,所處地層裂隙發(fā)育,易形成水系通道造成管涌,同時湯泉水庫緊鄰圣湯大道,車流量大,穿越過程中又恰逢梅雨季節(jié)和中、高考時期,導(dǎo)致渣土外運(yùn)困難,停工時間較多,建筑物塌陷和決堤、垮壩等安全風(fēng)險較大。通過前期工作準(zhǔn)備充分,技術(shù)措施制定得當(dāng),施工過程管理有序,從2020 年6 月7 日至7 月19 日,歷經(jīng)42 天的晝夜奮戰(zhàn),成功克服了以上各項(xiàng)困難,左右雙線順利穿越水庫,為以后類似工程施工提供了有力的參考。