董遠響
(中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司,上海 200063)
隨著經(jīng)濟的發(fā)展,我國正在大規(guī)模地開展城市市政工程建設,尤其城市軌道交通建設更是如火如荼。盾構(gòu)法以建設速度快、施工安全、對地面建筑及交通干擾小的優(yōu)勢成為城市地下工程建設的首選[1]。
區(qū)間左線長1 912.772 m,右線長1 927.966 m,其中約1.3 km穿越陽澄湖,隧道距離陽澄湖底最小距離為10.2 m。受施工場地限制,左右線兩臺盾構(gòu)機分別從中間風井小里程端和濟學路站大里程端始發(fā),相向推進,平行交匯位置位于湖底半徑450 m圓曲線段,線間距約13.6~14.6 m,管片凈間距為7~8 m。交匯停機時,兩盾構(gòu)機刀盤相距30環(huán),右線(內(nèi)隧道)掘進至315環(huán),線路處于7.791‰下坡階段,左線(外隧道)掘進至1 219環(huán),線路處于7.662%上坡階段。盾構(gòu)施工平面示意圖如圖1。
圖1 濟學路站~中間風井區(qū)間盾構(gòu)施工平面示意圖
交匯段地層自上而下主要為:③1黏土、③2粉質(zhì)黏土、③3黏質(zhì)粉土、④2粉砂夾粉土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2粉質(zhì)黏土。交匯停機位置盾構(gòu)機所處土層為⑤1粉質(zhì)黏土層、⑥1黏土(少量),交匯段地質(zhì)剖面圖如圖2。左右線交匯時盾構(gòu)機停機位置地下水對盾構(gòu)機施工影響較小,上部陽澄湖水深約2.4 m,隧道頂距離湖底距離約10.4 m。
圖2 交匯段地質(zhì)橫剖圖
(1)針對盾構(gòu)曲線段相向平行推進特殊的施工方法,如何減小交匯段隧道間的相互影響,防止管片產(chǎn)生橫向位移和盾構(gòu)機姿態(tài)變化,是一項難點。
(2)交匯位置位于徑450 m圓曲線段,確定內(nèi)外兩條拐角隧道的推進順序,是一項重點。
(3)曲線段兩盾構(gòu)對穿施工,交匯段中部土體應力場將產(chǎn)生交錯和重疊現(xiàn)象,易使中間土體不穩(wěn)定,導致出土量及土體穩(wěn)定變化,出現(xiàn)中間土體空洞及地面坍塌狀況[2],因此減少對土體的擾動也是一項難點。
(4)交匯施工可能導致洞內(nèi)測量基座擾動,影響盾構(gòu)掘進測量精度,造成測量數(shù)據(jù)偏差較大,確保對穿施工測量基座穩(wěn)定,是一項重點。
為降低盾構(gòu)施工時的雙向疊加影響,在左右線兩臺盾構(gòu)機刀盤相隔30環(huán)時,右線(曲線內(nèi)側(cè)隧道)隧道一臺盾構(gòu)先停機保壓,左線(曲線外側(cè)隧道)隧道盾構(gòu)勻速推進,當兩盾構(gòu)機盾尾錯開10環(huán)后,內(nèi)隧道盾構(gòu)復推,完成平行交匯施工,平行交匯示意圖如圖3。
圖3 平行交匯施工示意圖
(1)交匯施工里程復測。在兩臺盾構(gòu)機交匯施工前,內(nèi)隧道盾構(gòu)機停機后需對兩臺盾構(gòu)機的里程進行復測。復測所用的控制點需從地面業(yè)主交樁的大網(wǎng)平面及高程控制點傳遞至隧道內(nèi)進行復測,為盾構(gòu)交匯段的掘進和繪制掘進動態(tài)圖提供依據(jù)。
(2)管片姿態(tài)及錯臺測量。內(nèi)隧道盾構(gòu)停機后,對停機隧道管片姿態(tài)及錯臺初始值進行測量,以便和交匯時的測量值進行對比分析,判斷外隧道盾構(gòu)機推進的擠壓力及單側(cè)卸載后地層的反作用力對內(nèi)隧道的影響情況。
(1)盾構(gòu)機交匯區(qū)段隧道頂部為④2粉砂夾粉土,下部為⑥1粉質(zhì)黏土,典型的上軟下硬土層,且盾構(gòu)處于湖底,湖底水系發(fā)育,局部缺少隔水的黏土層。考慮盾構(gòu)機停機期間盾體可能輕微上漂,盾構(gòu)停機姿態(tài)略微低于設計高程,高程控制在切口-15 mm,盾尾-20 mm;水平姿態(tài)與設計軸線偏差控制在±10 mm,且切口與盾尾偏差不大于10 mm,在盾構(gòu)機到達預停機位置前10環(huán)時開始進行姿態(tài)的調(diào)整。
(2)盾構(gòu)機停機前1環(huán),減小泡沫劑的注入量控制進入倉內(nèi)的氣泡量,同時減少出土量。停機后螺旋內(nèi)的渣土反旋到土倉內(nèi),并向土倉內(nèi)注入適量優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土,充分攪拌使膨潤土漿液能夠與倉內(nèi)渣土混合均勻,氣泡散發(fā),增加土倉內(nèi)實土體積,使盾構(gòu)機頂部土倉壓力宜比理論壓力高0.01~0.02 MPa。如土倉壓力下降低于警戒值時,則向土倉內(nèi)注入膨潤土泥漿,從而緩慢升高土倉壓力至設定值,避免交匯施工停機過程中土壓減小,造成刀盤前掌子面坍塌[3]。
(3)針對該項目盾構(gòu)長距離下穿湖泊和相向平行推進,兩臺盾構(gòu)機均在螺旋機入土口處安裝前端手動閘門,并且盾尾采用加長設計,設置4道盾尾刷設計(3道采用鋼絲刷,1道為鋼板刷),停機后及時關(guān)閉手動閘門。在最后一環(huán)外弧面采用特制弧形鋼板插入管片迎千斤頂面,用千斤頂頂住,確保停機階段盾尾密封安全,防止停機時螺旋機和盾尾滲漏。
外隧道盾構(gòu)掘進對土體的擾動破壞了土體原始狀態(tài),隧道周圍的土體應力會重新分布,引起周圍地層的位移,會對內(nèi)隧道和湖底產(chǎn)生影響。根據(jù)盾構(gòu)掘進時兩盾構(gòu)機間的距離,將影響區(qū)劃分為一般影響區(qū)(兩盾構(gòu)機刀盤相距30環(huán)到刀盤相遇區(qū)段)和重疊劇烈影響區(qū)(刀盤相遇到盾構(gòu)機盾尾相距10環(huán)區(qū)段),外隧道盾構(gòu)在不同區(qū)段掘進時必須嚴格控制推進參數(shù),避免對地層擾動過大。
(1)土壓力:合理設置土壓力,土倉壓力應能與地層土壓力和靜水壓力平衡,并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整土壓力值,以減少對土體的擾動。交匯段上土壓控制值為0.18~0.19 MPa,停機時土壓增0.01~0.02 MPa。
(2)推進速度:在盾構(gòu)機交匯施工時應放慢推進速度,保持均勻、穩(wěn)定,減小對土體的擾動。一般影響區(qū)推進速度控制在30~40 mm/min,重疊劇烈影響區(qū)速度控制在20~30 mm/min。
(3)出土量:理論計算出土量為每環(huán)43 m3,交匯重疊區(qū)域按照理論出土量98%控制,每環(huán)不大于出土42.5 m3。
(4)同步注漿:同步注漿采用準厚漿,每環(huán)開挖空隙的理論計算值為2.1 m3,每環(huán)注漿量一般為開挖空隙的210%~240%,一般區(qū)段每環(huán)的同步注漿量控制在4.4 m3,劇烈影響區(qū)每環(huán)的同步注漿量宜控制在5 m3,同步注漿壓力控制在0.25~0.35 MPa,保證注漿飽滿。通過增加注漿量和控制漿液配比,提高了漿液質(zhì)量,保證隧道周邊土體加固效果。為縮短漿液凝結(jié)時間,交匯段同步注漿漿液中每環(huán)添加50 kg速凝材料(通過現(xiàn)場試驗),同步注漿初凝時間宜在5~6 h。
(5)二次補漿:二次注漿采用水泥單液漿,從盾尾后5環(huán)開始,尤其注意靠近內(nèi)隧道側(cè)二次補漿,交匯段二次補漿量宜為1.5 m3,補漿壓力控制在0.4 MPa以內(nèi),采用注漿量和注漿壓力雙控。
(1)防止隧道管片出現(xiàn)較大錯臺。內(nèi)隧道盾構(gòu)機停機后,對交匯區(qū)段所有管片螺栓進行復擰,并對脫出盾構(gòu)機盾尾前10環(huán)管片采用拉緊條拉緊,增加抵抗力。避免管片間出現(xiàn)較大錯臺,同時在管片縱向縫處粘貼錯臺便捷觀察貼,方便觀察管片錯臺情況,及時調(diào)整外隧道盾構(gòu)推進參數(shù)。
(2)防止隧道軸線偏移。曲線段盾構(gòu)交匯隧道間的相互影響主要為盾構(gòu)推進擠壓作用及盾構(gòu)開挖卸載地層的反作用力。交匯施工時在采用同步注漿和二次注漿提高周邊土體強度的基礎(chǔ)上,在兩刀盤相距50時,同時對兩隧道盾尾后管片打環(huán)箍,每5環(huán)打一環(huán)環(huán)箍,外隧道推進時同樣每5環(huán)打一環(huán)環(huán)箍,在管片背后形成止水環(huán),同時對管片取到支撐作用,防止隧道軸線偏移。
(3)盾構(gòu)相向掘進過程中,對停機區(qū)間的隧道軸線偏差進行測量,每掘進2環(huán)測量一次。
(1)管片錯臺量。雙曲線隧道盾構(gòu)相向平行推進時,對交匯區(qū)段內(nèi)隧道285~314環(huán)管片錯臺進行監(jiān)測,管片錯臺變化情況見圖4。內(nèi)隧道復推后,對外隧道1 245~1 260環(huán)管片錯臺進行監(jiān)測,管片錯臺情況見圖5,其中管片錯臺變化最大值為2 mm。
圖4 內(nèi)隧道管片錯臺變化
圖5 外隧道管片錯臺變化
(2)隧道收斂。相向平行推進交匯期間,由于隧道上方為陽澄湖,地表監(jiān)測點無法布設,在右線(內(nèi)隧道)260環(huán)至310環(huán)能通視的所有環(huán)布置隧道收斂測點,監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。實施完成,相向平行交匯施工效果良好,實踐表明:
表1 內(nèi)隧道收斂
(1)湖底曲線段兩盾構(gòu)相向平行推進,在兩臺盾構(gòu)機刀盤相隔30環(huán)時,內(nèi)隧道盾構(gòu)先停機保壓,外隧道盾構(gòu)勻速推進。當兩盾構(gòu)機盾尾錯開10環(huán)后,內(nèi)隧道盾構(gòu)復推,完成平行交匯施工,是安全可行的。
(2)盾構(gòu)曲線段相向平行交匯施工時,停機盾構(gòu)機土倉壓力宜增加0.01 MPa,推進盾構(gòu)機速度宜在20~30 mm/min。
(3)對內(nèi)隧道停機的盾構(gòu)機盾尾的前10環(huán)管片采用拉緊條拉緊,每5環(huán)打一道環(huán)箍對管片進行支撐,對減小兩臺盾構(gòu)的相互影響是有效的。
(4)在中心線間距大于13.6 m時,做好同步注漿、土體改良工作。設置合適的土倉壓力,控制盾構(gòu)掘進姿態(tài)、掘進速度和出土量,兩臺盾構(gòu)湖底下曲線段相向平行施工,相互影響較小,交匯段成型隧道錯臺變化最大為2 mm,隧道收斂及拱底沉降情況良好。
監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示隧道收斂測點數(shù)據(jù)變化較為平穩(wěn),無數(shù)據(jù)突變情況發(fā)生,隧道收斂變化最大為SLY306,累計變量為4 mm。
目前,盾構(gòu)機湖底曲線段相向平行推進施工已順利