戴 勇

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

引言

盾構(gòu)停機(jī)開倉檢修一般采用常壓和帶壓進(jìn)倉兩種方案。常壓進(jìn)倉作業(yè)是在地層自穩(wěn)性較好條件下，直接或在輔助加固措施下進(jìn)倉作業(yè)。帶壓進(jìn)倉適用于軟巖、含水豐富地層，在保證刀盤前方土層和開挖倉滿足氣密性要求的條件下，通過在泥水倉內(nèi)建立合理的氣壓來平衡刀盤前方水土壓力，達(dá)到穩(wěn)定開挖面和防止地下水滲入目的。

由于盾構(gòu)機(jī)被迫停機(jī)的位置經(jīng)常處于埋深較深、水文地質(zhì)條件復(fù)雜或者江河底部等不利環(huán)境，在水土壓力作用下，開倉存在極大的安全風(fēng)險［1］。對于深覆土、高水壓條件下的大直徑泥水盾構(gòu)，其開挖面水土壓力更大，失穩(wěn)風(fēng)險更高。停機(jī)進(jìn)倉施工的地層加固措施要保證開倉安全性，也要考慮施工條件、經(jīng)濟(jì)性因素，且斷面較大，進(jìn)倉壓力控制難度更大。目前除了已建的上海市、南京市、武漢市穿越長江的3條重要隧道［2］，廣深港鐵路獅子洋隧道［3］，杭州市望江路隧道等［4］，國內(nèi)大直徑泥水盾構(gòu)工程案例仍然較少，且大多研究集中于某一項關(guān)鍵技術(shù)或施工工藝，鮮有在深覆土、高水壓條件下的停機(jī)進(jìn)倉方案研究。

1 工程概況

1.1 大直徑泥水盾構(gòu)概況

某穿河隧道總長3 890 m，盾構(gòu)段長度為2 516.5 m，埋深26 ～50 m，開挖直徑15.76 m，管片外徑15.2 m，管片內(nèi)徑為13.9 m，是公鐵合建的穿地上河隧道。

圖1 隧道盾構(gòu)段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面/mm

1.2 工程地質(zhì)水文情況

1.2.1 地質(zhì)條件

盾構(gòu)隧道最小覆土11.2 m，最大覆土42.3 m，穿河段覆土25 ～38 m。隧頂距離最大沖刷包絡(luò)線約14.9 ～30.7 m。本工程河段隧道承受的最大水壓約0.65 MPa。盾構(gòu)段穿越地層主要以粉質(zhì)黏土為主，從上至下呈軟塑～硬塑狀，工程性質(zhì)一般，承載力較低。

1.2.2 水文條件

工程區(qū)地下水主要分布在第四系地層，為孔隙潛水，水位埋深0.94 ～11.31 m；含水層主要為粉土、粉砂層。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水及河水，孔隙潛水排泄以蒸發(fā)及開采、側(cè)向徑流為主。

盾構(gòu)段主要地表水體為某地上河，勘察期間受中上游降雨等影響，水面高程及水量變化不規(guī)律。兩岸地下水埋深在1.50 ～11.50 m 之間。

1.2.3 擬停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)、水文情況

根據(jù)設(shè)計情況與施工安排，需要在盾構(gòu)穿河段設(shè)置停機(jī)位進(jìn)行為期數(shù)天的盾構(gòu)維檢，停機(jī)點(diǎn)埋深約33.4 m，地下水埋深約10 m，距離刀盤深度約23.5 m。隧道周圍主要為粉質(zhì)黏土層，地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 停機(jī)點(diǎn)地質(zhì)剖面/mm

2 停機(jī)點(diǎn)進(jìn)倉及地層加固方案

2.1 進(jìn)倉方案比選

地面條件允許時，若常壓進(jìn)倉方法通過合理的地層輔助加固能滿足施工安全，因其施工技術(shù)要求低，施工風(fēng)險小，工程上通常優(yōu)先考慮。選用帶壓進(jìn)倉方法的情況：當(dāng)停機(jī)點(diǎn)地層條件不好而又必須進(jìn)行維檢時，相對于常壓開倉方法可以一定程度上節(jié)省地面加固的時間及費(fèi)用；當(dāng)停機(jī)點(diǎn)地層條件不好，需地面輔助加固才能滿足開倉條件，但地表施工條件受到限制，只能進(jìn)行帶壓進(jìn)倉。

考慮本次停機(jī)點(diǎn)處于穿河段以下的富水軟弱地層，機(jī)身埋深達(dá)33.4 m，本身施工條件有限，且停機(jī)點(diǎn)水土壓力大。若采取常壓開倉方法，需進(jìn)行高質(zhì)量、高密度、大范圍的地層加固及深層輔助降水措施，經(jīng)濟(jì)性較差、工期較長，對停機(jī)點(diǎn)的地層穩(wěn)定性也不利。綜合比選后，確定采用帶壓進(jìn)倉方案。

2.2 地層加固方案

富水粉質(zhì)黏土地層自穩(wěn)性差，為減少長時間停機(jī)后盾構(gòu)的整體沉降，需對盾構(gòu)停機(jī)周邊地層采取加固措施，以提高地層強(qiáng)度。地層加固方案可分為洞內(nèi)加固和地面加固兩種，洞內(nèi)加固地層只能通過超前注漿來實現(xiàn)，其加固地層不均勻、加固范圍較小、加固質(zhì)量較差，很難保證施工安全。因此，地面若有施工條件，應(yīng)優(yōu)先采取地面加固措施。地面加固措施見表1。

表1 地層加固方法

考慮到停機(jī)點(diǎn)處于粉質(zhì)黏土等軟弱地層，埋深大、水壓高，旋噴加固和樁基加固法可以重點(diǎn)研究，在軟土地層其加固質(zhì)量較好，加固深度范圍較大，若能解決其地面條件限制和對周邊環(huán)境影響較大的問題則可進(jìn)行應(yīng)用。為降低施工風(fēng)險，預(yù)先在停機(jī)點(diǎn)周圍河床打設(shè)降水井進(jìn)行適當(dāng)降水。確定對地面條件要求和周邊環(huán)境影響較小的全套管施工鉆孔樁+MJS 工法旋噴的地層加固方案。在刀盤前方采用MJS 加固，加固范圍為刀盤上下各5 m，其中刀盤上方1 m 以上范圍采用MJS 旋噴加固，加固半徑為1 m，剩余加固范圍為MJS 擺噴，擺噴角度為150°；在MJS 南側(cè)補(bǔ)打U 型咬合樁一排，咬合樁直徑1 500 mm，間距1 100 mm，共29 根，樁為整體實樁，樁長為55.16 m，刀盤前方采用一葷一素搭配，間隔樁添加玻璃纖維筋以便刀盤破除推進(jìn)。施工樁布置見圖3、圖4。

圖3 施工樁布置平面/mm

圖4 施工樁布置剖面/mm

3 氣倉壓力計算

3.1 理論計算

理論上，泥水倉氣壓值應(yīng)根據(jù)掌子面中部的水土壓力值來確定［5］。氣壓設(shè)置采用靜止土壓力作為控制上限，主動土壓力作為控制下限?？紤]地下水位埋深為20 m 的工況時，應(yīng)取埋深20 m 以上土層容重為天然容重，埋深20 m 以下土層容重為浮容重，水頭高度為21.26 m，由土壓力和靜水壓力公式計算得出理論氣壓區(qū)間為3.42 ～4.26 bar。

3.2 氣倉壓力設(shè)定值

實際情況下，由于停機(jī)過程中刀盤存在頂推力，再加上地層加固的影響，刀盤切口穩(wěn)定的實際氣倉壓力會低于理論計算值。因此，應(yīng)參考數(shù)值模擬的計算結(jié)果進(jìn)行合理取值，根據(jù)圖5 流程，應(yīng)先設(shè)置較低氣倉壓力值進(jìn)行試驗。降水至地面以下20 m 時，先設(shè)置氣倉壓力為3.2 bar，然后觀察氣泡倉液面2 h，看液面是否變化，如果變化再進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)場最終實施的氣倉壓力設(shè)定值為3.5 bar，順利完成了開倉檢修工作。

圖5 帶壓進(jìn)倉作業(yè)流程

4 結(jié)語

（1）當(dāng)停機(jī)點(diǎn)地層自穩(wěn)性差、水土壓力高，為節(jié)省地面加固時間及費(fèi)用，盾構(gòu)停機(jī)進(jìn)倉優(yōu)先選用帶壓進(jìn)倉方案。（2）深覆土高水壓條件下大直徑泥水盾構(gòu)的停機(jī)檢修前，應(yīng)進(jìn)行適度降水與地面加固等輔助措施，施工深度超過30 m 且有一定地面條件的宜選用鉆孔樁、MJS 旋噴等地層加固措施，盡量減小對地層穩(wěn)定性和周邊環(huán)境影響。（3）實際情況下，由于停機(jī)過程中刀盤存在頂推力，再加上地層加固的影響，使得刀盤切口穩(wěn)定的實際氣倉壓力會低于理論計算值，建議結(jié)合理論計算方法并結(jié)合現(xiàn)場氣壓試驗情況進(jìn)行合理取值。