張慶欣

(新疆昆侖工程咨詢管理集團有限公司,河南 鄭州 450016)

1 工程概況

鄭州市軌道交通12號線一期工程河西車輛段—圣佛寺站區(qū)間,包含1個盾構(gòu)區(qū)間和1個明挖區(qū)間[1]。其中隧道區(qū)間出河西車輛段向北敷設(shè)下穿機場高速后,到達位于經(jīng)開第三大街的圣佛寺站南端頭。

盾構(gòu)區(qū)間左線起點里程為左SSK0+088.941,終點里程為左SSK0+997.842,左線長度為908.901 m,設(shè)計605環(huán)管片。區(qū)間出口端605環(huán)處最小凈間距1.73 m,602環(huán)位置凈距2.12 m,600環(huán)位置凈距2.50 m,598環(huán)位置凈距2.88 m,596環(huán)位置凈距3.27 m,594環(huán)位置3.65 m,592環(huán)位置凈距4.04 m,590環(huán)位置凈距4.42 m,575環(huán)位置凈距為6.8 m,線間距約13 m,過渡到正常線間距,見圖1。

始發(fā)井設(shè)置在河西成兩段端,圣佛寺站端接收,接收端設(shè)計為4線隧道,進出河西車輛段2條線,預留二期工程2條正線。圣佛寺站始發(fā)端采用WSS樁加固,加固長度4 m,開挖輪廓線外3 m;接收端采用三軸攪拌樁和高壓旋噴樁加固,加固長度8 m,開挖輪廓線外3 m。

工程位于鄭州市東南部,為黃河沖擊平原。接收端頭自上而下主要為雜填土、黏質(zhì)粉土、粉砂及細砂層,地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水,主要賦存于②42粉砂、②51細砂層中,屬強透水層。接收端頭初勘期間穩(wěn)定水位埋深約為13 m。圣佛寺站南區(qū)影響車站主體施工管線全部遷改完成,現(xiàn)對圣佛寺站南區(qū)場地內(nèi)及周邊管線進行交底,管線主要有:雨水,污水,給水,天然氣,10 kV電力,弱電,熱力。采用兩臺CTE6440E-0660型土壓平衡施工。

2 工程風險分析

工程風險一般包括工程環(huán)境風險和工程自身風險。本工程環(huán)境風險主要為接收端附近地下管線,有雨水、污水、燃氣等管線通過,但不在端頭加固區(qū)范圍內(nèi),且埋置較淺,總體風險不大。工程風險重點是工程自身風險,接收端頭的高水位、高透水性的粉砂、細砂地層,1.7 m的小凈距隧道和施工不當可能誘發(fā)的風險主要表現(xiàn)在下列四方面:1)端頭加固不到位,施工控制不當超挖,富水砂層泥水流失引起地表變形、沉降、塌陷等風險。2)地表變形、沉降、塌陷引起地下雨污水管沉降、變形、破裂、涌水、坍塌等風險。3)地下水降水不到位或雨污水管道破裂引起隧道透水、涌水、涌泥、坍塌等風險[2]。4)盾構(gòu)掘進出洞側(cè)壓力增大、圍巖擾動變形引起先行隧道管片變形沉降、錯臺、破裂甚至坍塌等風險。

3 接收施工控制技術(shù)方案

3.1 總體方案

根據(jù)小凈距隧道盾構(gòu)施工接收可能產(chǎn)生的工程風險,制定有針對性的接收措施方案。通過改善接收工程自身不良水文、地質(zhì)條件,優(yōu)化盾構(gòu)出洞掘進技術(shù)參數(shù)和控制措施,提高監(jiān)控量測信息化管理水平,實現(xiàn)盾構(gòu)接收動態(tài)控制以保證盾構(gòu)安全接收出洞。先行洞右線隧道先期貫通,后行洞左線隧道滯后1個月左右再貫通,前后拉開距離約180環(huán)270 m。

3.2 接收控制技術(shù)措施

富水砂層小凈距隧道盾構(gòu)接收風險較大,施工控制難度大,我們通過事前、事中和事后系統(tǒng)控制化解風險。事前做好端頭加固、端頭降水、接收聯(lián)系測量、監(jiān)控量測、接收托架、軌道架設(shè),洞門破除、洞門密封、先行洞加固、后行洞加固、材料準備(管片)和盾構(gòu)維修保養(yǎng)、人員交底教育培訓等工作,事中做好盾構(gòu)掘進、管片拼裝、同步注漿和盾構(gòu)姿態(tài)等技術(shù)控制工作,事后做好洞門環(huán)梁、壁厚二次注漿加固和工后監(jiān)控量測等工作,發(fā)現(xiàn)問題及時動態(tài)處理,確保施工質(zhì)量和安全。

3.2.1 端頭加固

圣佛寺站端頭設(shè)置一道三軸攪拌樁止水帷幕,攪拌樁加固體與止水帷幕同期施工,端頭加固攪拌樁與止水帷幕攪拌樁搭接長度為250 mm,在加固體和圍護樁之間進行一排φ800@550 mm旋噴樁加固,旋噴樁需在攪拌樁與主體結(jié)構(gòu)施工均完成后再進行施工,保證加固體與車站圍護樁間密貼、連續(xù)、無滲水通道。φ850@600 mm三軸攪拌樁加固范圍:縱向加固長度為8.0 m,加固寬度均為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)輪廓線左右各3 m,豎向加固范圍均為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)輪廓線上下各3 m。地基加固檢測在旋噴樁施工結(jié)束28 d后進行,采用鉆孔取芯法進行,檢驗左右隧道范圍以外,距加固邊1.5 m各3個點。加固區(qū)加固強度指標為:土的無側(cè)限抗壓強度不小于0.8 MPa,滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s,同時確保加固土體的均勻性、密實性,見圖2。

3.2.2 端頭降水

端頭加固完成之后進行端頭降水工作,根據(jù)水文地質(zhì)情況及現(xiàn)場實際在端頭布置3口降水井,2口水位觀測井,降水井深度在加固區(qū)底部以下5 m,確保水位降到隧道底以下1 m。降水井壁管采用無砂混凝土管,管徑內(nèi)徑300 mm,外徑360 mm,采用型號規(guī)格QY12-40-2.2A的潛水泵抽水。

3.2.3 先行洞加固

為保證左線接收段掘進時右線先行洞成型隧道結(jié)構(gòu)安全,在右線洞口位置沿隧道水平中心位置設(shè)置“*”字型橫向支撐和斜向支撐架,采用20工字鋼,每環(huán)設(shè)置一道,總計設(shè)置12道,對右線591環(huán)～604環(huán)范圍管片進行加固,并沿隧道縱向設(shè)置20環(huán)管片槽鋼拉緊,采用16B槽鋼,設(shè)置6道,見圖3。

先行洞小凈距段盾構(gòu)隧道采用加強型Ⅱ型管片,鋼筋配筋量大,承載能力強,并且每環(huán)管片增加6個注漿孔,通過注漿孔進行小凈距中側(cè)壁深孔注漿,對中壁圍巖進行進一步加固。

3.2.4 監(jiān)控量測

1)管片結(jié)構(gòu)凈空收斂監(jiān)測。布點原則是沿著盾構(gòu)推進方向,在盾構(gòu)接收段100 m范圍內(nèi)每5環(huán)布設(shè)一個監(jiān)測斷面,標準區(qū)間段每10環(huán)布設(shè)1個斷面;每個監(jiān)測斷面在兩側(cè)拱腰處布設(shè)管片結(jié)構(gòu)凈空收斂監(jiān)測點。因左線出洞位置與右線凈距較小(最小凈距為1.7 m),盾構(gòu)機在掘進中易對右線成型管片造成影響,現(xiàn)將該區(qū)域凈空收斂加密至每2環(huán)布設(shè)一個監(jiān)測斷面,從586環(huán)到605環(huán)。

2)管片結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測。布點原則沿著盾構(gòu)推進方向,在盾構(gòu)始發(fā)與接收段100 m范圍內(nèi)標準區(qū)間按照每10環(huán)設(shè)1個斷面,接收段按照5環(huán)設(shè)1個斷面進行加密,區(qū)間標準段每個監(jiān)測斷面在拱底布設(shè)管片結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測點。因左線出洞位置與右線凈距較小(最小凈距為1.7 m),盾構(gòu)機在掘進中易對右線成型管片造成影響,現(xiàn)將該區(qū)域凈空收斂加密至每2環(huán)布設(shè)一個監(jiān)測斷面,從586環(huán)到605環(huán)。

3.2.5 接收聯(lián)系測量

在盾構(gòu)隧道貫通線100 m,60 m,30 m前各進行三次貫通前的聯(lián)系測量,精確測設(shè)隧道中線和高程。根據(jù)貫通誤差調(diào)整盾構(gòu)掘進姿態(tài),以便于順利出洞。

3.2.6 接收托架、軌道安裝

接收托架安裝要嚴格根據(jù)隧道中線和軌道標高定位,接收軌道中線要與隧道中線、盾構(gòu)中線三線合一,接收軌道標高略低于始發(fā)軌道標高10 mm,便于盾構(gòu)順利上接收軌道。

3.2.7 洞門密封

盾構(gòu)出洞前檢查洞門鋼環(huán)梁,安裝洞門折頁板和橡膠密封簾子布,穿好收口鋼絲繩,設(shè)置收口固定栓。折頁板、簾子布要圓順能夠密貼在盾構(gòu)上不漏水、不漏泥。

3.2.8 盾構(gòu)檢修

盾構(gòu)出洞前距洞口約30 m對盾構(gòu)最后一次檢查、維修、保養(yǎng),確保狀態(tài)良好一次性出洞成功。重點檢查盾構(gòu)推力油缸、主軸承、盾尾刷、拼裝機、螺旋機、測量裝置等。

3.2.9 材料準備

出口段小凈距隧道采用Ⅲ型重載加強型管片,比通用管片承載能力強,增加注漿孔,便于注漿加固圍巖。注漿漿液事前準備好不同稠度、凝膠時間、強度的單液漿、雙液漿等注漿材料。

3.2.10 作業(yè)教育、交底

掘進出洞前再次對作業(yè)及管理人員教育和交底,對總體出洞方案、步序、技術(shù)參數(shù)、控制要點和注意事項、可能出現(xiàn)的風險等講清楚、講明白,尤其是現(xiàn)場盾構(gòu)司機、管片拼裝工、注漿工和測量工,使每個人都了然于胸,有的放矢。

3.2.11 掘進出洞技術(shù)控制

在盾構(gòu)掘進施工過程中,盾構(gòu)姿態(tài)變幅越大,盾構(gòu)機越難控制,對地面沉降的影響也越大,要堅持“勤監(jiān)測、勤糾偏、小糾偏”的原則,盡量實現(xiàn)盾構(gòu)的平緩推進;嚴禁一次性大幅度糾偏,造成超挖和對周圍土層的擾動,尤其是在小凈距接收段盾構(gòu)姿態(tài)和掘進參數(shù)的控制尤為重要,要保證平穩(wěn)、低速、連續(xù)、一次性通過,避免中途停機。

在進入?yún)^(qū)間小凈距590環(huán)前,區(qū)間正常掘進,推力控制在800 t～1 100 t。在區(qū)間591環(huán)～600環(huán)掘進過程中,降低推力至500 t,進一步減小因盾體前進所產(chǎn)生對區(qū)間右線隧道的水平側(cè)壓力,推進速度控制在10 mm/min以內(nèi),扭矩控制在1 000 kN·m～1 300 kN·m,刀盤轉(zhuǎn)速控制在1 rpm～1.2 rpm。注漿壓力應大于土倉壓力0.5 bar～1 bar,但必須小于盾尾油脂倉壓力,因此注漿壓力控制在2 Pa～2.5 Pa。根據(jù)管片壁后環(huán)形空隙與地層有效填充的經(jīng)驗公式計算,Q=π(R2-r2)Lα=3.14×(3.232-3.12)×1.5×(1.5～2)=5.8 m3～7.8 m3。注漿量取盾尾空隙理論體積的1.5倍～2倍。根據(jù)前期掘進過程中地面沉降監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整注漿量和注漿壓力。采用注漿壓力和注漿量雙指標控制,即當注漿壓力達到設(shè)定值時,注漿量達到設(shè)計值的95%以上時,即可認為達到了質(zhì)量要求,見表1。

表1 左線接收段掘進參數(shù)表

4 其他注意事項

4.1 先行洞與后行洞要保持合適的距離和時間

本盾構(gòu)區(qū)間右洞先行貫通,左洞后行貫通,左右洞保持180環(huán)約270 m的距離,施工時間約一個月。先行動貫通后對其洞身進行注漿加固,小凈距側(cè)壁深孔注漿加固,洞身設(shè)置“*”字型型鋼支撐架,鋼筋混凝土洞門環(huán)梁施工完成,增加先行洞洞身的整體穩(wěn)定性。

4.2 零環(huán)管片的拆除時機

盾構(gòu)機成功接收出洞后要對洞口段管片壁厚二次注漿,確保洞門段、環(huán)梁部位不滲不漏,壁厚漿液密實,強度符合設(shè)計要求方可拆除零環(huán)管片。零環(huán)管片的拆除切忌死拉硬拽粗暴摘除,防止損害正環(huán)管片棱角和螺栓孔,甚至不小心跌落砸傷管片及人員。

4.3 洞門環(huán)梁澆筑時機

零環(huán)管片拆除后及時施工洞門鋼筋混凝土環(huán)梁,使洞門環(huán)梁、車站端墻和隧道管片有機連成一體,增強整體性。洞門環(huán)梁施工完成強度達到設(shè)計要求后,如有滲漏再次注漿封堵。

4.4 盾尾密封

盾構(gòu)穿越不良地質(zhì)或出洞前應認真檢查盾尾密封情況,檢查盾尾刷磨損情況,有無漏漿情況,及時維護和添加密封油脂,保證正常壓力不漏漿。盾尾漏漿將影響同步注漿質(zhì)量,可能導致隧道滲漏、錯臺等異常情況產(chǎn)生。

4.5 洞門密封

盾構(gòu)出洞前檢查洞門鋼環(huán)梁,安裝洞門折頁板和橡膠密封簾子布,穿好收口鋼絲繩,設(shè)置收口固定栓。折頁板、簾子布要圓順能夠密貼在盾構(gòu)上不漏水、不漏泥。

4.6 管片螺栓二次復緊

管片脫離盾尾后二次注漿前及時對管片彎螺栓二次復緊,提高隧道管片的整體性,防止螺栓松弛、圍巖應力二次分布導致管片變形錯臺。

4.7 渣土改良

不同地質(zhì)和施工情況,科學合理的渣土改良可以有效改善渣土稠度黏性,可以預防渣土黏結(jié)刀盤、輸送帶產(chǎn)生泥餅,保持土倉壓力平衡穩(wěn)定開挖面,降低對刀具和螺旋輸送機的磨損,預防螺旋輸送機噴涌等情況。在富水砂層小凈距隧道選擇適宜的渣土改良材料至關(guān)重要,根據(jù)試驗采用天然鈉基膨潤土漿液和高分子聚合物作為渣土改良劑,渣土改良以膨潤土漿液為主,高分子聚合物為輔,取得了很好的效果。

4.8 應急預案的落實

盾構(gòu)始發(fā)、接收和穿越障礙物是盾構(gòu)施工風險較大的三種工況,應根據(jù)工況編制有針對性切實可行的應急預案,明確應急領(lǐng)導小組人員和職能,技術(shù)組、救援組、醫(yī)療組、聯(lián)絡(luò)組、物資設(shè)備組等各職能小組的人員和分工職能,制定好應急預案,備好人員、材料和設(shè)備以防不測[3]。

4.9 施工管理

盾構(gòu)隧道施工是大型設(shè)備高集成多工序一體化的施工方法,涉及開挖、掘進、支護、襯砌、運輸?shù)榷喙ば?各工序人員有效密切配合至關(guān)重要,預防中途無故停機,保證連續(xù)、穩(wěn)定、快速掘進通過可以有效避免很多意外產(chǎn)生。

5 結(jié)語

小凈距盾構(gòu)隧道始發(fā)、接收風險較大,需要根據(jù)地質(zhì)水文條件和工況特點制定有針對性的工程措施方可有效預防意外情況的發(fā)生,才能做到安全出洞順利接收成功。本工程從2022年3月10日至15日順利接收出洞,無任何意外情況發(fā)生。