臧延偉 章天楊 許原騎 徐乃芳

(中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 310000)

0 引言

盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下進(jìn)行暗挖隧道的一種施工方法，具有自動(dòng)化程度高、作業(yè)環(huán)境安全、施工速度快、成型隧道質(zhì)量好、對周邊環(huán)境影響小等特點(diǎn)，是地鐵工程中一種常用的施工方法，尤其是在城市中心的復(fù)雜地段，盾構(gòu)法的優(yōu)點(diǎn)尤為突出［1］。地鐵盾構(gòu)工程具有地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊建(構(gòu))筑物密集、地下水位高等特點(diǎn)，本文以某盾構(gòu)區(qū)間工程為例，對區(qū)間復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)始發(fā)與接收加固、盾構(gòu)選型及管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、立交樁基近距施工等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行探討研究。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

本盾構(gòu)區(qū)間總長1 083 m，最小平曲線半徑為1 200 m，最小縱坡為4‰，最大縱坡為21‰，設(shè)一處聯(lián)絡(luò)通道及泵站。盾構(gòu)區(qū)間主要穿越③1淤泥、④粉質(zhì)粘土、④a粉質(zhì)粘土夾細(xì)砂、④j中砂、⑤1淤泥質(zhì)土、⑤2細(xì)砂夾淤泥、⑤3淤泥質(zhì)土夾細(xì)砂、⑦粉質(zhì)粘土、○14全風(fēng)化花崗巖。盾構(gòu)區(qū)間穿越的地層復(fù)雜，既有淤泥層，又有砂層以及風(fēng)化巖層，在盾構(gòu)施工的線路上會遇到復(fù)合地層或由一種地層向另外一種地層的突變，既存在不透水層也有承壓水層。相關(guān)的主要地層參數(shù)見表1。

表1 主要地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.2 盾構(gòu)選型

盾構(gòu)是根據(jù)區(qū)間工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等具體特征來選擇的，設(shè)計(jì)盾構(gòu)區(qū)間采用軟土盾構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)為復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)通過千斤頂向刀盤施加推力，在推進(jìn)過程中刀盤旋轉(zhuǎn)，刀具切削和刮挖巖層及土層，渣土進(jìn)入土倉內(nèi)通過螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)送入渣土車，運(yùn)抵地面，從而完成隧道掘進(jìn)。

考慮地層中有45 m全風(fēng)化花崗巖，復(fù)合刀盤適應(yīng)軟土及巖層相對發(fā)育不良的地質(zhì)，盾構(gòu)機(jī)整機(jī)總長(含后配套)74 m，主機(jī)長度8 780 mm(不含刀具)，開挖直徑6 490 mm，盾尾間隙25 mm。

2 盾構(gòu)端頭井加固

2.1 始發(fā)端頭井地層加固

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)階段，會對地下土體產(chǎn)生較大擾動(dòng)，從而影響周圍建筑物或地下管線，因此為了保證始發(fā)掘進(jìn)階段的安全，必須對始發(fā)端頭井的土體進(jìn)行加固，目前加固的方式有很多，常用的有旋噴樁以及水泥深層攪拌樁等［2］。

本區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)段所處地層主要為④粉質(zhì)粘土，上部為③1淤泥，下部為⑤1淤泥質(zhì)土，端頭井加固采用三軸攪拌樁加一排旋噴樁，地層加固剖面圖如圖1所示，三軸攪拌樁樁徑為650 mm，咬合量為200 mm;攪拌樁與端頭井圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的縫隙采用三重管旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)加固，樁徑為800 mm，咬合量為200 mm，施工時(shí)先施作三軸攪拌樁，再施作旋噴樁。加固區(qū)分強(qiáng)加固區(qū)和弱加固區(qū)，強(qiáng)加固區(qū)加固后的土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.8 MPa。沿區(qū)間縱向加固長度為6 m，隧道上下、左右各加固3m為強(qiáng)加固區(qū)，隧道上部3m以上為弱加固區(qū)［3］。

圖1 盾構(gòu)始發(fā)端頭井地層加固圖

2.2 接收端頭井地層加固

盾構(gòu)接收井所處地層主要為④a粉質(zhì)粘土夾細(xì)砂、⑤3淤泥質(zhì)土夾細(xì)砂，兩種土層為弱透水性(滲透系數(shù)E-07 cm/s)，接收端頭井加固采用三軸攪拌樁加一排旋噴樁，樁型同始發(fā)端頭加固，沿區(qū)間縱向加固長度為4 m，地層加固剖面圖如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)接收端頭井地層加固圖

盾構(gòu)接收現(xiàn)場實(shí)際情況存在透水層，水量較大，由于盾構(gòu)接收時(shí)已先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除，土倉壓力減為0，致使水從盾尾漏入土倉內(nèi)，而加固體內(nèi)仍為干燥環(huán)境;現(xiàn)場采用11口降水井降水，水位也僅能降至10 m深。經(jīng)過多方論證，最后采用在盾構(gòu)井內(nèi)填土至洞門高度，如圖3所示，加大土倉壓力的方案順利完成盾構(gòu)接收。從本盾構(gòu)區(qū)間接收結(jié)果來看，在地質(zhì)情況較好的情況下，4 m的加固長度是適用的;盾構(gòu)接收時(shí)在盾構(gòu)機(jī)貼上圍護(hù)結(jié)構(gòu)后再鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)較為合適;應(yīng)探明地層中是否存在透水層，若存在透水層，加固長度為盾構(gòu)機(jī)長度加上一環(huán)管片的長度為宜。

圖3 盾構(gòu)接收盾構(gòu)井內(nèi)現(xiàn)場圖

3 管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式

管片設(shè)計(jì)是盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的一環(huán)，管片設(shè)計(jì)的成敗直接關(guān)系到工程的安全、造價(jià)及使用。本盾構(gòu)區(qū)間管片襯砌環(huán)全環(huán)由小封頂(F)，兩塊鄰接塊(L1)，(L2)以及三塊標(biāo)準(zhǔn)塊(B1)，(B2)，(B3)構(gòu)成。環(huán)與環(huán)、塊與塊間均采用彎螺栓連接。

采用通用楔形環(huán)襯砌結(jié)構(gòu)形式。襯砌環(huán)最小計(jì)算可擬合曲線半徑為R=200 m。環(huán)間采用錯(cuò)縫拼裝方式，環(huán)寬采用1 200 mm，厚度采用350 mm。對隧道不同埋深或土性不同的地段，通過分段設(shè)計(jì)、分段配筋的辦法達(dá)到節(jié)省投資的目的［4］。

3.2 管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要問題分析

從管片拼裝情況來看，管片局部發(fā)生破裂，破裂主要集中在封頂塊及隧道底部，如圖4所示。分析的原因主要是:1)封頂塊拼裝時(shí)擠碎;2)盾構(gòu)姿態(tài)未控制好，千斤頂頂力過大;3)盾構(gòu)上浮不均勻;4)盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙過大，造成管片上浮量大。

針對以上問題，可以通過以下方案控制和減少管片破裂:1)管片角部加強(qiáng)鋼筋可減少破裂程度，但千斤頂頂力過大，仍不能避免管片破損;2)通過國內(nèi)其他地鐵工程的經(jīng)驗(yàn)，同步注漿采用惰性漿液可有效減小管片的不均勻上浮;3)增加凹凸隼的間距可減小管片的破損，但不能根本解決問題。

圖4 管片局部破裂現(xiàn)場圖

4 立交樁基近距施工

規(guī)劃立交樁基共67根，立交樁基為φ1 200 mm，其中距盾構(gòu)隧道在5 m之內(nèi)的樁基共有24根，與本盾構(gòu)隧道最小間距1.5 m。對于樁基，由于受盾構(gòu)施工的影響，可能會因周圍土體的移動(dòng)作用而產(chǎn)生新的變形和內(nèi)力。并且，由于盾構(gòu)施工時(shí)開挖面土體的挖掘和盾尾脫出后間隙的存在，周圍土體可能會在樁基的作用下發(fā)生坍塌，從而引起樁的極限承載破壞。

原設(shè)計(jì)要求立交樁基在盾構(gòu)隧道推進(jìn)前實(shí)施，按現(xiàn)場實(shí)際情況，對與盾構(gòu)隧道凈距在5 m范圍內(nèi)的24根樁基采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)加沖擊成孔施作，以保證盾構(gòu)隧道施工的安全，如圖5所示。其余樁基采用旋挖鉆機(jī)加沖擊成孔工藝。

圖5 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工示意圖

盾構(gòu)機(jī)在近距離穿越立交樁基時(shí)，對立交樁基加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析來調(diào)整盾構(gòu)機(jī)參數(shù)，控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，保證盾構(gòu)施工及近距立交樁基的安全。

5 結(jié)語

1)地鐵盾構(gòu)區(qū)間存在地質(zhì)條件復(fù)雜的問題，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)結(jié)合區(qū)間工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建筑物及地下管線和構(gòu)筑物等具體特征來選型。2)盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)端頭井加固采用三軸攪拌樁加一排旋噴樁為適宜，加固長度取6 m。接收端頭井加固采用三軸攪拌樁加一排旋噴樁，加固長度取4 m為適宜，盾構(gòu)接收存在透水層，水從盾尾漏入土倉內(nèi)，可采用加大土倉壓力的方案。3)管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局部發(fā)生破裂的原因是多樣的，可以采用管片角部加強(qiáng)鋼筋，同步注漿采用惰性漿液以及增加凹凸隼的間距等方案控制和減少管片破裂。4)立交近距施工對與盾構(gòu)隧道凈距在5 m范圍內(nèi)的樁基采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)加沖擊成孔施作，同時(shí)加強(qiáng)對樁基的監(jiān)測，以保證盾構(gòu)隧道施工的安全。

［1］ 張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 趙立鋒，付黎龍.富水軟弱地層盾構(gòu)隧道施工端頭加固技術(shù)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(9):83-85.

［3］ 高文華.關(guān)于地鐵盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵技術(shù)探討［J］.施工技術(shù)，2011(36):280.

［4］ 劉建國.深圳地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)［J］.隧道建設(shè)，2012，32(1):72-87.