楊洲

摘 要：土壓平衡盾構(gòu)過(guò)河段富水沙礫層地層結(jié)構(gòu)松散，地層自穩(wěn)性差，地下水豐富，卵石含量多，在該地層中實(shí)施盾構(gòu)管廊施工存在較高技術(shù)要求，結(jié)合沈陽(yáng)市地下綜合管廊工程某盾構(gòu)區(qū)間穿越小半徑富水礫砂過(guò)河段施工，從優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)控制、渣土改良控制、管片選型拼裝進(jìn)行了技術(shù)研究有效解決出渣控制難、螺旋機(jī)易噴涌、管片易錯(cuò)臺(tái)破損、沉降控制難度大等問(wèn)題為類(lèi)似工程提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；盾構(gòu)施工；小半徑曲線段；富水礫砂；過(guò)河段

1 引言

過(guò)河段施工時(shí)地下水位高，礫砂層粗骨料直徑大且數(shù)量多，土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)中需嚴(yán)格控制盾構(gòu)土壓的動(dòng)態(tài)平衡、及時(shí)同步注漿可以減少對(duì)周?chē)廉a(chǎn)生的擾動(dòng)，有效控制地表沉降，使渣土具有充分的和易性，解決出渣難控制、易造成螺旋機(jī)噴涌現(xiàn)象。

盾構(gòu)設(shè)計(jì)軸線轉(zhuǎn)彎半徑小，接近北重盾構(gòu)機(jī)極限轉(zhuǎn)彎半徑，姿態(tài)糾偏及管片選型困難，在小半徑曲線轉(zhuǎn)彎過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)與管片之間可能會(huì)因盾尾沒(méi)有間隙極易造成管片錯(cuò)臺(tái)破損，以至于影響成型隧道管片質(zhì)量。

2 簡(jiǎn)述

2.1 工程概況

沈陽(yáng)市城市地下綜合管廊（南運(yùn)河段）工程，是國(guó)內(nèi)首條盾構(gòu)法施工的地下綜合管廊，是沈陽(yáng)市十大市政重點(diǎn)工程之一。本工程單線長(zhǎng)12.6km，斷面為單洞單圓形式，外徑6m，內(nèi)徑5.4m。區(qū)間左線于里程左K0+346.6～左K0+638.2盾構(gòu)以305m小半徑曲線過(guò)河段施工。隧道拱頂覆土厚度約為8.0m～15.0m，最大坡度21‰。

2.2 水文地質(zhì)條件

經(jīng)地質(zhì)勘探，該盾構(gòu)區(qū)間地層主要由第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)黏性土、砂類(lèi)土及碎石類(lèi)土組成。盾構(gòu)區(qū)間隧道施工范圍內(nèi)所處地層主要由圓礫層、礫砂層及粉細(xì)砂層組成，地質(zhì)軟硬不均，易形成“泥餅”。地下水穩(wěn)定水位埋深為6.5m～9.3m，地下水位高，透水性強(qiáng)，過(guò)河段地層主要以富水礫砂為主。

3 采取的技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)

結(jié)合盾構(gòu)始發(fā)前100m掘進(jìn)情況，盾構(gòu)正常掘進(jìn)參數(shù)擬定如下：根據(jù)富水砂卵石盾構(gòu)掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，本工段盾構(gòu)掘進(jìn)為快速通過(guò)減少因刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)周?chē)馏w長(zhǎng)時(shí)間擾動(dòng)而導(dǎo)致超排，通過(guò)調(diào)整土倉(cāng)內(nèi)上土壓實(shí)施適度的欠壓掘進(jìn)，能有效的減少對(duì)刀具磨損，降低刀盤(pán)扭矩的同時(shí)加大推進(jìn)壓力，提高掘進(jìn)速度，從而減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，可降低土倉(cāng)內(nèi)渣土溫度，減少刀盤(pán)固結(jié)泥餅現(xiàn)象出現(xiàn)，降低改良渣土所需材料耗材降低成本。

掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整優(yōu)化的措施核心問(wèn)題是如何用好膨潤(rùn)土，掘進(jìn)時(shí)采取泡沫結(jié)合膨潤(rùn)土進(jìn)行渣土改良，使土倉(cāng)內(nèi)渣土具有良好的和易性，操作手根據(jù)觀察螺機(jī)排土情況調(diào)整使用外加劑。

在實(shí)際掘進(jìn)施工中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，合理的設(shè)定土倉(cāng)上部壓力、推力、掘進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速等重要參數(shù)，及時(shí)同步注漿且要加大注漿量，減少對(duì)地表土體造成沉降。

3.2 強(qiáng)化渣土改良

在富水礫砂地層中施工，由于礫砂地層摩擦阻力較大，地下水豐富，透水性強(qiáng)，在掌子面上注入泡沫混合液、膨潤(rùn)土等外加劑，充分?jǐn)嚢璧侗P(pán)切削下來(lái)的渣土，使土倉(cāng)內(nèi)的渣土具有良好的和易性，實(shí)際施工中比對(duì)改良效果好具有和易性的渣土與土倉(cāng)中沒(méi)有充分?jǐn)嚢瓒懦龅脑炼裕牧己鸵仔院玫脑梁苊黠@可以使刀盤(pán)扭矩減小，增大推力后使掘進(jìn)速度增加，減少盾構(gòu)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、刀盤(pán)磨損，提高設(shè)備的使用壽命，保證了盾構(gòu)安全、連續(xù)、快速施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配比實(shí)驗(yàn)及結(jié)合實(shí)施中經(jīng)驗(yàn)得：泡沫由90%～95%壓縮空氣和5%～10%泡沫混合液組成；泡沫混合液的組成為泡沫原液3%～5%、水97%。本工程所用泡沫劑粘度不低于0.1Pa·s。泡沫系統(tǒng)中壓縮空氣26m3/h～28m3/h，混合液1.5m3/h，使用四路泡沫打入刀盤(pán)，控制每環(huán)泡沫原液用量50L～70L。

膨潤(rùn)土泥漿配合比：水：膨潤(rùn)土=10：1，經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，發(fā)酵40分鐘，讓其充分膨松。其中膨潤(rùn)土為優(yōu)質(zhì)的鈉基膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土稠度根據(jù)地層情況渣土改良效果控制在40s～60s之間。改良過(guò)的渣土可有效解決出渣難控制。

3.3 小半徑曲線階段管片選型

小半徑曲線隧道施工掘進(jìn)關(guān)鍵還在于盾構(gòu)機(jī)的鉸接性能、盾尾間隙的大小及管片選型。北重的盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙3公分已經(jīng)確定的情況下，管片選型成為拼裝管片的首要考慮。小半徑曲線掘進(jìn)隧道軸線控制難度大，糾偏困難，管片易發(fā)生錯(cuò)臺(tái)破損，造成管片滲水等不良影響。

以300m半徑右曲線為例，取1.2m小段，外圈變長(zhǎng)L1，內(nèi)圈變長(zhǎng)L2，則L1-L2=6000×1.2/300=24mm。由于管片錯(cuò)縫拼裝，無(wú)法保證每環(huán)管片糾偏量均為24mm，則需將線路分為小段，以小段為單位（不超過(guò)5環(huán)）通過(guò)管片點(diǎn)位的不同組合保證平均糾偏量為24mm/環(huán)即可。左曲線同理。

3.4 成型隧道管片質(zhì)量控制

控制小半徑曲線成型隧道管片拼裝質(zhì)量主要采取加大同步注漿量、二次雙液注漿止水環(huán)及三次管片螺栓復(fù)緊的檢查相結(jié)合，以加強(qiáng)小半徑曲線段成型管片不出現(xiàn)側(cè)向移動(dòng)造成成型管片的上浮、錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。使脫出盾尾的管片成型穩(wěn)定，為盾構(gòu)掘進(jìn)提供反力，避免掘進(jìn)過(guò)程中成型管片被擠破，讓盾構(gòu)機(jī)沿隧道設(shè)計(jì)軸線方向掘進(jìn)。

在管片拼裝之前首先要對(duì)盾尾進(jìn)行全方位的清理，以保證拼裝后的管片不產(chǎn)生擠壓破環(huán)；管片螺栓需復(fù)緊三次以上，每環(huán)管片拼裝時(shí)對(duì)橫向縱向螺栓初次擰緊，管片脫出盾尾后進(jìn)行二次復(fù)緊；盾構(gòu)掘進(jìn)完成下一環(huán)拼裝開(kāi)始對(duì)三環(huán)內(nèi)的管片再次復(fù)緊。

若管片脫出盾尾出現(xiàn)管片下沉，應(yīng)在管片下部增加2個(gè)注漿孔增大注漿量且采取二次注漿的方法穩(wěn)定成型管片。

3.5 解決掌子面噴涌、冒頂問(wèn)題

掘進(jìn)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)上部土壓瞬間增大螺機(jī)噴涌，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉出閘口，關(guān)閉螺機(jī)，首先確定全部關(guān)閉了通往土倉(cāng)內(nèi)的水管，在頂部土壓不超限的情況下繼續(xù)掘進(jìn)，刀盤(pán)油壓、扭矩較大判定土倉(cāng)內(nèi)渣土較滿(mǎn)停止掘進(jìn)，適當(dāng)打開(kāi)出閘口，不啟螺機(jī)，讓土壓將土倉(cāng)內(nèi)渣土擠出，觀察出閘口排出渣土速度較慢至不自流時(shí)再啟動(dòng)刀盤(pán)開(kāi)始掘進(jìn)。及時(shí)觀察開(kāi)挖面地層變化和出土量嚴(yán)格控制超挖避免地面沉降。當(dāng)盾尾拖過(guò)10環(huán)左右加大二次注漿量。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)沈陽(yáng)市地下綜合管廊工程某盾構(gòu)區(qū)間穿越小半徑富水礫砂過(guò)河段的施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)地層變化排渣狀態(tài)及時(shí)從優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)控制、渣土改良控制、管片選型拼裝進(jìn)行了技術(shù)研究且有效解決，避免因超排帶來(lái)的地面沉降過(guò)大等安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，保證了成型隧道的管片拼裝質(zhì)量，為類(lèi)似工程提供借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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