(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

1 工程背景

南干渠工程項目，為南水北調(diào)工程北京市段配套工程之一，位于北京市南部地區(qū)，分上下兩段，其中下段采用盾構(gòu)機施工法施工。在樁號15+908.5處穿越直徑為550mm的華北油田高壓燃?xì)夤艿?，外表涂保護瀝青材料，管頂覆土厚2.40m，管道與隧洞結(jié)構(gòu)頂垂直距離為12.40m。為確保在施工過程中高壓管道的安全，要求管道兩側(cè)各3m范圍為安全距離，不得觸碰，且地表隆沉控制在+5mm之內(nèi)。穿越區(qū)域位于南五環(huán)外側(cè)，土層為南五環(huán)修建時取土場，后經(jīng)當(dāng)?shù)卮迕窕靥钪连F(xiàn)狀，回填料基本為生活垃圾和建筑垃圾，具體粒徑和孔隙率不詳。盾構(gòu)機穿越建筑物地段地質(zhì)結(jié)構(gòu)自上而下依次為：垃圾填埋層約5.90～7.80m；其下部為黏性土②層，以粉土為主夾粉質(zhì)黏土②1層，厚度約4～7m；再下部為中細(xì)砂層④層，厚度約為1.2～3.5m，局部較厚；再下部為厚層圓礫⑤層及卵石⑥層。

高壓燃?xì)夤艿缆裼诶盥駥又畠?nèi)。盾構(gòu)機穿越地層為中細(xì)砂層和圓礫層。由于高壓燃?xì)夤艿莱两禈?biāo)準(zhǔn)要求很高，且垃圾填埋層沉降數(shù)據(jù)無經(jīng)驗可循，造成盾構(gòu)機穿越施工風(fēng)險很高，因此，合理選擇穿越施工技術(shù)尤為重要。

2 盾構(gòu)機下穿燃?xì)夤艿朗┕ぜ夹g(shù)

2.1 施工方案選擇

結(jié)合沉降要求及現(xiàn)場實際地層條件，施工方案包括地表預(yù)加固和盾構(gòu)機掘進控制兩部分，通過提前對穿越區(qū)域地層進行加固和盾構(gòu)機參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合的方案，實現(xiàn)盾構(gòu)機掘進的順利穿越。地表預(yù)處理措施可采用改移、懸吊、地層注漿加固等措施，但由于該工程高壓燃?xì)夤艿澜褂|碰，因此，最終采用地層注漿加固措施。

針對此地層，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，綜合考慮地質(zhì)情況、注漿效果及環(huán)境保護等要求，最終決定選用袖閥管注漿法進行土體加固。其特點是可以進行多點、定量、均衡的注漿，注漿體在地層中均勻分布，均勻連接，可以提高被加固地層的整體穩(wěn)定性，為盾構(gòu)機掘進創(chuàng)造良好的輔助條件。

2.2 高壓燃?xì)夤艿老路酵馏w加固措施

2.2.1 注漿加固范圍及注漿孔布置

2.2.1.1 注漿加固范圍

垂直于燃?xì)夤艿雷笥覍ΨQ各3m范圍內(nèi)為平面注漿加固范圍，燃?xì)夤艿赖紫蛳?.50m至盾構(gòu)機隧洞底45°切線沉降影響線范圍內(nèi)為縱向注漿加固范圍，具體加固范圍詳見圖1。

圖1 加固范圍剖面單位：mm

2.2.1.2 注漿孔布置

受施工環(huán)境制約，注漿孔采用斜孔布置，第1～4排注漿孔傾斜角度根據(jù)分段長度及分層厚度而定。后續(xù)注漿孔與地面夾角為60°，分層距離為1m。注漿孔間距和漿液滲透半徑密切相關(guān),本次注漿滲透半徑取0.50m。

注漿主要目的是加固土體并提高土體抗?jié)B性。第1～4排注漿孔水平間距為0.50m，垂直間距詳見下頁圖2。后續(xù)注漿管水平間距0.50m、垂直距離57.70cm。注漿孔呈梅花形布置，注漿孔布置見下頁圖2。

圖2 注漿孔平面布置單位：mm

2.2.2 注漿壓力和漿液滲透半徑

灌漿壓力P由P1、P2、P3、P4四部分組成。

P=P1+P2+P3+P4

式中P1——管路中壓力損失，約20%；

P2——開環(huán)壓力損失，約20%～35%；

P3——滲透到地層的工作壓力；

P4——壓力儲備值，約10%。

粉土、砂土層中漿液的滲透半徑經(jīng)驗推薦值見表1。

表1 粉土、砂土層中漿液的滲透半徑經(jīng)驗推薦值

本次注漿為斜向管注漿，選擇高壓力注漿，擬采用注漿壓力為0.70～0.90MPa。

2.2.3 漿液配比

本次灌漿采用水泥漿液和水泥水玻璃雙液漿，而后使用改性水玻璃漿液補灌漿。各漿液的配比和原材料的規(guī)格如下：

水泥漿——水灰比1∶1；

分散劑——水泥重量的15%；

減水劑——水泥重量的0.50%；

水玻璃——水泥用量的3%；

水泥采用P.O42.5水泥；

改性水玻璃(重量比)=水玻璃(40Be)∶濃硫酸(98%)∶固化劑=1∶0.08∶0.04，水玻璃模數(shù)為3。

2.2.4 注漿結(jié)束標(biāo)注

注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達到注漿終壓、注漿量達到設(shè)計注漿量的80%以上時，即可結(jié)束該孔注漿施工。注漿壓力未達到設(shè)計終壓、注漿量已達到設(shè)計注漿量且無漏漿現(xiàn)象時，亦可結(jié)束該孔注漿施工。

2.2.5 注漿順序

本次注漿施工在燃?xì)夤艿纼蓚?cè)注漿加固區(qū)域內(nèi)鉆孔注漿，從燃?xì)夤艿纼蓚?cè)分別對稱進行注漿，采用跳孔注漿方式。先從外側(cè)第一排注漿孔開始注漿，然后依次進行第二至四排注漿孔的注漿，最后由外向內(nèi)依次進行后續(xù)注漿孔注漿，如此循環(huán)進行直到注漿結(jié)束。

2.2.6 注漿施工

2.2.6.1 鉆孔施工

本次注漿孔的鉆進主要在雜填土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂層中進行。鉆孔過程中如果套管插入順利，則直接鉆進；如塌孔，則采用泥漿護壁，孔徑100mm。必要時使用套管護壁，鉆頭采用耐磨鈷合金鉆頭。注漿孔成孔機械采用XY-100型工程地質(zhì)鉆機。

2.2.6.2 注漿管加工及安裝

為避免注漿管對盾構(gòu)機推進的影響，本次注漿施工，采用φ52mmPVC外管注漿管，根據(jù)具體注漿加固范圍，每節(jié)管長1～2.50m。位于加固范圍內(nèi)的注漿管每1m設(shè)3組注漿段，每段長33cm，出料孔4個，孔徑8mm，出料孔外套橡膠圈保護。

套殼料采用稠度大、強度低的材料，其成分為：膨潤土70%，粉煤灰15%，水泥15%和少量速凝劑。套殼料12h無側(cè)限抗壓強度為0.30～0.50MPa，黏度為80～90s。

鉆機成孔后，利用鉆機吸漿管將套殼料混合液壓入鉆孔內(nèi)，將孔內(nèi)泥漿全部置換出來，之后分節(jié)(每節(jié)1～2.50m)將袖閥管插入已填滿套殼料的孔內(nèi)，在兩節(jié)袖閥管聯(lián)接前，需向下一節(jié)袖閥管內(nèi)灌滿清水，相鄰兩節(jié)袖閥管采用套箍聯(lián)接，并用黏合劑黏接牢固，袖閥管接至設(shè)計位置后，向袖閥管內(nèi)再次灌滿清水，然后用封口蓋蓋緊袖閥管口。注漿管加裝定位環(huán)，2～3m一道，以使注漿管位于孔中心。

2.2.6.3 封口作業(yè)

孔內(nèi)套殼料混合液達到初凝后進行封口。用C15細(xì)石混凝土或砂漿摻加適量速凝劑作為封口材料，進行封口作業(yè)。

2.2.6.4 注漿芯管下放

注漿芯管由1m、1.50m和2m不同長度段組裝而成，注漿芯管采用φ25鍍鋅鋼管制成，節(jié)間用螺紋套管連接。

袖閥管安設(shè)完成48h后，下放注漿芯管，開始進行壓密注漿。

2.2.6.5 注漿施工

水泥漿配置時，先投入水、分散劑、減水劑，再投入水泥。在高速制漿機內(nèi)攪拌5min后，過濾存放在低速攪拌儲漿桶中備用。改性水玻璃配置，是將水玻璃緩慢加入硫酸中，并不斷攪拌，以利于散熱和均勻，而后加入緩凝劑。

灌注水泥漿時，按比例將水泥漿和水玻璃(速凝用)到入注漿桶內(nèi)，攪拌均勻，用高壓注漿泵通過管路系統(tǒng)輸送到注漿芯槍，漿液從注漿芯槍的出漿孔進入到注漿管，依靠高壓將注漿管外的橡膠套漲開，進入土層開始灌漿。

2.3 盾構(gòu)機掘進參數(shù)控制

2.3.1 確保盾構(gòu)機各系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)

穿越燃?xì)夤艿狼埃J(rèn)真對刀盤、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、推進千斤頂及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備進行檢查，確保穿越過程中設(shè)備無故障，連續(xù)進行施工。

2.3.2 推進速度

在穿越燃?xì)夤艿榔陂g推進速度以低速為宜，盾構(gòu)機按照2～3cm/min的速度掘進。盡量保持推進速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)機均衡、勻速地穿越燃?xì)夤艿?，以減少對周邊土體的擾動，避免對燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生不利影響。

2.3.3 同步注漿及二次注漿

同步注漿與盾構(gòu)機掘進同步進行，根據(jù)地表沉降的監(jiān)測情況適時進行二次補漿，既要控制地層沉降，又要確保管道安全、杜絕地層隆起。

漿液采用雙液漿，用KBY-50/70注漿機進行注漿，嚴(yán)格控制地表隆沉。雙漿液配合比見表2。

表2 雙液漿配合比

2.3.4 刀盤土壓力設(shè)定

刀盤正面平衡壓力值的設(shè)定原則：

P0=K0γh

式中γ、h——上覆土層的天然容重和土層厚度；

K0——為計算點處側(cè)壓力系數(shù)，黏性土取0.5～0.7。

平衡土壓力計算值：

γ=(19.3×2.3+20.9×13.5)

÷(2.3+13.5)=20.67

P0=0.6×20.67×15.8÷100=1.96 bar

平衡壓力的設(shè)定值：

P設(shè)定值=1.1P計算值=2.16 bar

盾構(gòu)機實際掘進中，根據(jù)地面隆沉監(jiān)測信息，對設(shè)定值適時進行修訂。如果刀盤前方地面下沉，則調(diào)高平衡壓力值；反之，刀盤前方地面隆起，則調(diào)低平衡壓力值。以保持地面隆起不超過2mm為宜。

2.3.5 渣土改良

在穿越燃?xì)夤艿罆r，盾構(gòu)機處于④層細(xì)砂層及⑤層圓礫層之間，盾構(gòu)機推進過程中極易導(dǎo)致開挖面失穩(wěn)，進而影響到燃?xì)夤艿?。因此，盾?gòu)機穿越時采用加注泡沫劑和膨潤土來改良土體，達到維持正面土體穩(wěn)定、土壓平衡的作用。

2.4 監(jiān)控量測

為了確保燃?xì)夤艿赖陌踩?，在土體注漿加固期間及盾構(gòu)機穿越燃?xì)夤艿朗┕て陂g，都對燃?xì)夤艿肋M行實時監(jiān)控量測，以檢查施工對燃?xì)夤艿腊踩挠绊憽?/p>

通過對穿越區(qū)域的監(jiān)測，掌握由土體注漿加固及盾構(gòu)機施工引起的周圍地層和燃?xì)夤艿莱两禂?shù)據(jù)變化，分析周圍環(huán)境的變形規(guī)律和發(fā)展趨勢，及時采取必要的技術(shù)措施改進施工工藝，將施工引起的環(huán)境變形降低到最低程度，確保盾構(gòu)法施工對地下埋設(shè)的燃?xì)夤艿赖挠绊懣刂圃诎踩秶鷥?nèi)。

3 結(jié) 語

盾構(gòu)法施工穿越燃?xì)夤艿酪呀?jīng)竣工，從施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，地層加固施工期間地表隆起最大為2mm，盾構(gòu)機掘進期間的地表隆起最大值為3mm,沉降最大值為2mm，實現(xiàn)了預(yù)期的地表隆沉控制目標(biāo)。本工程的順利實施，表明采取的地層加固和盾構(gòu)機掘進控制技術(shù)是穩(wěn)妥有效的，同時，有序的現(xiàn)場施工管理和適時監(jiān)控量測也是確保工程順利進行的前提條件。本工程施工方法及措施，可為類似盾構(gòu)機穿越工程提供參考經(jīng)驗。

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