上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海軌道交通12號(hào)線(xiàn)26標(biāo)段土建工程復(fù)興島站—利津路站區(qū)間工程，受到黃浦江兩岸的上海港煤炭裝卸公司朱家門(mén)煤炭裝卸碼頭樁基及滬東船廠廠區(qū)內(nèi)相關(guān)建（構(gòu)）筑物樁基基礎(chǔ)的限制，為避開(kāi)樁基基礎(chǔ)，隧道設(shè)計(jì)軸線(xiàn)只好向深層發(fā)展，區(qū)間隧道最大縱坡達(dá)30‰，最大頂埋深達(dá)36 m。由于隧道軸線(xiàn)的加深，隧道穿越的土層較復(fù)雜，在⑦1層砂質(zhì)粉土、⑦2層粉細(xì)砂中推進(jìn)施工距離長(zhǎng)達(dá)約 1 000 m， ⑦層土（含⑦1與⑦2兩個(gè)亞層，兩層相通）為上海地區(qū)第一承壓含水層，其頂板標(biāo)高－24.10～－36.16 m，根據(jù)承壓水觀測(cè)成果，實(shí)測(cè)⑦層承壓水位埋深為4.75 m（絕對(duì)標(biāo)高為－1.14 m）。

2 盾尾密封裝置簡(jiǎn)介

在盾尾內(nèi)表面與襯砌管片外表面之間，通常設(shè)置盾尾密封裝置，起到防止漏泥、漏砂、漏水進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)主體內(nèi)部，同時(shí)能夠使后部進(jìn)行襯砌管片，即外表面與土體之間空隙同步注漿作業(yè)時(shí)保持注漿壓力。

3 砂性土內(nèi)盾尾密封風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)機(jī)在⑦1、⑦2層承壓含水層中施工時(shí)，如果施工參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，容易造成盾構(gòu)姿態(tài)惡化，盾構(gòu)機(jī)與管片的角度較大，在盾尾刷位置容易造成以下2 種情況：

圖1 盾尾密封結(jié)構(gòu)示意

（a）管片與盾尾內(nèi)側(cè)間隙小，外側(cè)間隙大，外道盾尾刷與管片脫開(kāi)，無(wú)法起到密封作用，外圈注入口壓注油脂時(shí)無(wú)法建立壓力，油脂可能會(huì)全部流入周邊土體，見(jiàn)圖2。

圖2 盾尾與管片位置關(guān)系1

（b）管片與盾尾內(nèi)側(cè)間隙大，外側(cè)間隙小，外道盾尾刷長(zhǎng)期受到管片的擠壓后，可能會(huì)失去彈性，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)正常后，盾尾鋼絲刷無(wú)法回復(fù)到正常狀態(tài)，造成鋼絲刷與管片間出現(xiàn)間隙，影響盾尾密封效果，見(jiàn)圖3。

圖3 盾尾與管片位置關(guān)系2

由于⑦1、⑦2層土體性質(zhì)決定了盾構(gòu)機(jī)在承壓含水層內(nèi)進(jìn)行推進(jìn)施工時(shí)容易出現(xiàn)盾尾涌水涌沙的風(fēng)險(xiǎn)，所以在施工時(shí)加強(qiáng)盾尾密封的控制以及判斷盾尾密封刷是否還具備效力顯得更為重要。在本工程的實(shí)際運(yùn)用中，我們從三個(gè)方面對(duì)盾尾密封加強(qiáng)控制：盾尾油脂管路改造、壓注技術(shù)優(yōu)化；同步注漿控制；輔助密封措施。

4 盾尾油脂壓注技術(shù)改良[1-2]

4.1 原管路形式及缺點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)盾尾油脂注入口共有12 個(gè)，分散在6 個(gè)位置（圖4），其中2點(diǎn)、4點(diǎn)、8點(diǎn)、11點(diǎn)4 個(gè)位置的注入管道與同步注漿系統(tǒng)設(shè)置在一起，3點(diǎn)、9點(diǎn)2 個(gè)位置的注入管道單獨(dú)在盾殼上布置。每個(gè)位置由2 個(gè)注入口，分別布置在內(nèi)圈和外圈，內(nèi)圈注入口位于第1道、第2道盾尾刷之間，外圈注入口位于第2道、第3道盾尾刷之間。

圖4 盾尾油脂注入口布置

常規(guī)盾構(gòu)機(jī)盾尾油脂管路排布時(shí)，管路走向一般采用圖5所示的形式，12 個(gè)注入孔采用串聯(lián)的形式，盾構(gòu)油脂壓注時(shí)，通過(guò)盾尾油脂泵進(jìn)入管路，依次通過(guò)A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)，按順序分別對(duì)12 個(gè)注入孔進(jìn)行盾尾油脂壓注。

盾尾油脂系統(tǒng)操作模式一般分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下，可以選擇單個(gè)或多個(gè)注入孔進(jìn)行油脂壓注操作，控制壓注的時(shí)間；在自動(dòng)模式下對(duì)所有油脂注入孔同時(shí)進(jìn)行操作，又可以分為壓力控制及時(shí)間控制。

一般每間隔7～10天應(yīng)向池中加注新水一次，每次加注新水20～30cm，如果出現(xiàn)水質(zhì)過(guò)肥或水質(zhì)腐敗等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)排出老水，并注入新水，通常換水不宜超過(guò)池水的1/5。通過(guò)經(jīng)常性的水質(zhì)調(diào)節(jié)，力求水色保持在黃綠色或黃褐色，確保水質(zhì)肥、活、嫩、爽，促進(jìn)池魚(yú)健康快速生長(zhǎng)。

在實(shí)際施工中，我們通常采用自動(dòng)模式進(jìn)行控制，并將每環(huán)的盾尾油脂壓注量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，作為輔助的控制措施，每環(huán)的盾尾壓注量一般控制在20 kg。在普通地層內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)推進(jìn)施工時(shí)，這樣的操作方法一般都可滿(mǎn)足盾尾密封要求，但在承壓含水層內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)，可能會(huì)在盾尾形成滲漏通道，引發(fā)施工風(fēng)險(xiǎn)，主要原因在于盾構(gòu)機(jī)的油脂管路設(shè)計(jì)并不十分科學(xué)，存在一定施工隱患。

原管路形式分析：從管路圖上來(lái)看，由于12 個(gè)注入口采用串聯(lián)排列，如果壓注全部12 個(gè)注入口，油脂必須從A點(diǎn)流到D點(diǎn)，即左半圈壓注完成后方可壓注右半圈，4#注入口至3#注入口的距離約為15 m，也就說(shuō)明A點(diǎn)至D點(diǎn)因管路長(zhǎng)度存在一定的壓力損失，3#注入口的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于4#注入口的壓力。施工時(shí)會(huì)引發(fā)以下問(wèn)題：

（a）以每環(huán)20 kg為定量進(jìn)行盾尾油脂壓注，由于存在壓力降，左半圈注入口的壓注壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于右半圈，導(dǎo)致20 kg油脂中絕大部分都?jí)鹤⒃谧蟀肴Γ野肴Φ挠椭^少，容易形成滲漏通道。

（b）當(dāng)采用壓力控制時(shí)，為使每一個(gè)注入孔都能達(dá)到指定的注入壓力，會(huì)導(dǎo)致油脂在左半圈壓注過(guò)多，引起浪費(fèi)，增加施工成本。

4.2 管路改造

改造后的管路形式如圖5、圖6所示，改造的總體思路是將原來(lái)左、右半圈注入口串聯(lián)管路的形式改造為左、右半圈注入口并聯(lián)管路形式，壓注盾尾油脂時(shí)，油脂同時(shí)從A、B、C、D四個(gè)位置進(jìn)入，左半圈注入口同時(shí)由A、B兩個(gè)方向進(jìn)行壓注，右半圈注入口同時(shí)由C、D兩個(gè)方向進(jìn)行壓注，A、B、C、D四個(gè)位置的壓力基本相同，各注入口之間雖然存在一定的壓力降，但壓力損失較小，基本可以忽略不計(jì)，可以盡快地在所有注入口建立壓力。

圖5 改造前盾尾油脂管路示意

圖6 改造后盾尾油脂管路示意

4.3 盾尾油脂壓注控制方法

在改造后管路形式下，要求在常規(guī)盾構(gòu)推進(jìn)階段壓注油脂時(shí)必須采用自動(dòng)模式下的壓力控制方法，壓注油脂時(shí)，必須確保每個(gè)注入口的壓注壓力必須達(dá)到指定標(biāo)準(zhǔn)，方可停止壓注。由于盾尾油脂壓力計(jì)并非位于油脂注入出口，壓力計(jì)距離出口尚存一定距離，存在壓力降，所以指定的壓力指標(biāo)必須大于管道壓力降與外部靜土壓力之和，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)取壓力指標(biāo)為2.0 MPa。

如果在盾尾局部出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用手動(dòng)模式，對(duì)漏點(diǎn)位置的注入口單獨(dú)進(jìn)行壓注。

5 同步注漿控制

在⑦1、⑦2層砂性土承壓含水層中施工時(shí)，同步注漿不單單起到填充盾尾與管片之間間隙的作用，還起到加強(qiáng)盾尾密封的作用。同步注漿的壓注均勻、飽滿(mǎn)可以有效抵擋盾尾外部的水土壓力，防止泥砂竄入盾尾。

5.1 注漿量的確定

盾構(gòu)機(jī)在⑦1、⑦2層砂性土承壓含水層中施工時(shí)，易引起盾構(gòu)磕頭、超挖的現(xiàn)象，而且為減小總推力，盾構(gòu)機(jī)上半周開(kāi)啟超挖刀進(jìn)行推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)實(shí)際開(kāi)挖的土方量較理論土方量要大，開(kāi)挖面也較常規(guī)的開(kāi)挖面大。見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 盾構(gòu)機(jī)正常推進(jìn)開(kāi)挖面

圖8 砂性土內(nèi)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面

本區(qū)間所使用盾構(gòu)機(jī)理論開(kāi)挖面積為31.77 m2，每環(huán)理論出土量為38.12 m3，去掉管片體積后每環(huán)理論空隙為1.89 m3，同步注漿量為理論空隙的130％～180％，為2.5～3.4 m3?？紤]到砂性土承壓含水層內(nèi)施工的特殊性，盾構(gòu)機(jī)實(shí)際開(kāi)挖面積約為33 m3，每環(huán)實(shí)際出土量為39.6 m3，去掉管片體積后每環(huán)理論空隙為3.37 m3，同步注漿量應(yīng)為每環(huán)4.5 m3。

5.2 注漿方法

在砂性土承壓含水層中，同步注漿起到一定盾尾密封的作用，要求注漿施工時(shí)必須均勻，推進(jìn)一段，注漿一段，及時(shí)填補(bǔ)空隙。

對(duì)于每環(huán)同步注漿量4.5 m3的要求，將每一環(huán)推進(jìn)施工劃分為12 個(gè)階段，每推進(jìn)10 cm為一階段，每10 cm的注漿量為0.45 m3。

為便于盾構(gòu)司機(jī)簡(jiǎn)單、有效地分階段控制注漿量，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)漿桶規(guī)格尺寸的計(jì)算，在漿桶內(nèi)設(shè)置標(biāo)尺，采用一道一道水平鋼筋，每道鋼筋間的空間體積為0.45 m3，操作人員通過(guò)觀察標(biāo)尺就可以知道目前的壓漿量、壓漿速度并進(jìn)行有效的控制。

6 盾尾密封輔助措施

6.1 管片加貼海綿條

盾構(gòu)機(jī)在砂性土承壓含水層內(nèi)施工時(shí)可以選擇在管片外弧面整環(huán)加貼1 道20 cm×15 cm海綿條。為便于施工操作，由盾構(gòu)機(jī)頭部施工人員在管片拼裝時(shí)將海綿條放置到位，海綿條放置位置應(yīng)靠近管片榫槽端面，距離榫槽端面約30 cm，避免管片承受千斤頂推力時(shí)將海綿條擠出。海綿條接頭位置應(yīng)避開(kāi)管片縱縫，接頭位置與管片縱縫錯(cuò)位20 cm，可有效避免滲漏通道的產(chǎn)生，如圖9所示。

在以往的盾構(gòu)施工中，通常在盾尾出現(xiàn)漏泥、漏砂的情況后，在管片外弧面加貼海綿條。由于盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)管片外弧面的海綿條被擠出盾尾后，極容易絞進(jìn)盾尾刷，導(dǎo)致盾尾刷的損壞，所以一旦采用粘貼海綿條的措施后，通常會(huì)一直粘貼至盾構(gòu)進(jìn)洞，防止再次發(fā)生盾尾滲漏。

本工程的應(yīng)用中，對(duì)盾尾油脂管路進(jìn)行改造后，各注入口的壓力能夠快速的建立，通過(guò)對(duì)注入口壓力是否能夠建立進(jìn)行分析，即可判斷盾尾刷是否發(fā)生損壞。如果盾尾油脂注入壓力能夠達(dá)到2.0 MPa，說(shuō)明盾尾刷完好，在后期盾構(gòu)推進(jìn)施工中可逐步取消粘貼海綿條措施。

圖9 管片外弧面粘貼海綿條示意

6.2 加設(shè)臨時(shí)止水裝置

在千斤頂靴板與管片間設(shè)置一道臨時(shí)止水裝置，由弧形鋼板與橡膠條組成，鋼板寬度自管片內(nèi)弧面至盾殼，厚度10 mm。橡膠條采用Φ50 mm皮管一剖為二制成，通過(guò)鉛絲綁扎固定在鋼板外弧面（圖10）。每環(huán)推進(jìn)前，人工分塊將弧形鋼板放置于管片前端面外側(cè)，其外弧面橡膠條緊貼盾尾內(nèi)弧面，作為盾尾間隙的臨時(shí)封堵，然后伸出千斤頂頂住鋼板開(kāi)始正常掘進(jìn)。此措施在可能發(fā)生盾尾滲漏時(shí)起到臨時(shí)封堵盾尾滲漏的作用。

圖10 臨時(shí)止水裝置示意

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)盾構(gòu)機(jī)在砂性土承壓含水層內(nèi)易發(fā)生盾尾漏泥、漏砂的情況，通過(guò)改造盾尾油脂管路，平均分配了各盾尾油脂注入口的壓力，加強(qiáng)了砂性土承壓含水層的盾尾密封效果；通過(guò)優(yōu)化盾尾油脂壓注工藝、優(yōu)化同步注漿施工工藝，并采取部分輔助措施解決了盾構(gòu)機(jī)在砂性土承壓含水層的盾尾密封問(wèn)題。