羅佳
凍結(jié)法作為成熟的加固工法,已廣泛應(yīng)用于富水地層的端頭加固方案,尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊環(huán)境受限、管線復(fù)雜、沉降要求高的工況。但就實際加固效果來看,采用凍結(jié)法加固的端頭往往會發(fā)生漏水漏沙、沉降過大等問題,甚至發(fā)生險情。因此,結(jié)合蘇州市軌道交通5號線勞動路~盤胥路站區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)情況,現(xiàn)場嘗試采用短鋼套筒作為一種補充措施,對凍結(jié)法加固的始發(fā)端頭進(jìn)行補強(qiáng),從而大大減小盾構(gòu)始發(fā)風(fēng)險,對富水地層凍結(jié)法加短鋼套筒始發(fā)有一定的借鑒作用。
勞動路站~盤胥路站區(qū)間位于蘇州市古城區(qū)內(nèi),區(qū)間頂部埋深約17.3m~24.5m,主要穿越⑤1粉質(zhì)粘土、⑤1A粉土夾粉質(zhì)粘土、⑥1粘土、⑥2粉質(zhì)粘土。
勞動路站~盤胥路站區(qū)間于始發(fā)17環(huán)~33環(huán)位置(右線16環(huán)~32環(huán))范圍內(nèi)距離勞動路站東端左線17.27m(右線15.89m)位置下穿既有運營2號線隧道,平面上基本正交,正交長度19.2m;下穿處盾構(gòu)隧道頂部埋深21.54m,與2號線既有盾構(gòu)隧道豎向凈距3.36m。
由于勞動路站~盤胥路站區(qū)間為蘇州首次盾構(gòu)穿越既有線路,對勞動路站東端頭的加固措施設(shè)計比較保守,加固設(shè)計方案為三軸攪拌樁垂直加固+TRD工法樁止水帷幕+洞內(nèi)水平冷凍加固。在施工過程中,由于TRD距離既有2號線距離太近,考慮既有線的安全,變更取消了TRD和MJS工程量,改為增加短鋼套筒保證盾構(gòu)始發(fā)安全。
由于勞動路站東始發(fā)端隧道埋深較深,東端頭離既有2號線隧道僅15.89m,且東端無止水帷幕,為確保洞門不漏水,土倉快速壓,保證盾構(gòu)始發(fā)安全,勞動路站東端洞門增設(shè)短鋼套筒。
始發(fā)短鋼套筒是兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu),總長1.2m,筒體分成2段制作,分別為1節(jié)長度0.2m和1節(jié)長度1m。內(nèi)徑與端墻預(yù)留洞門鋼環(huán)相同,為6.7m,分為上下2部分。第1節(jié)鋼套筒與井壁焊接連成一體,第1節(jié)與第2節(jié)采用法蘭連接,鋼套筒后端設(shè)有橡膠簾布密封裝置。筒體的外周焊接橫向筋板以保證筒體剛度。筒體之間的連接用法蘭,中間加8mm厚橡膠墊。筒體底座與下部筒體焊接連成一體,套筒中心到底部的距離為3900mm。原洞門鋼環(huán)內(nèi)設(shè)置1道鋼絲刷密封,筒體內(nèi)部設(shè)置2道鋼絲刷密封。短鋼套筒外壁根據(jù)3道鋼絲刷的位置設(shè)置2排注漿孔,每排設(shè)置6個,分別安裝注漿球閥。
(1)在開始安裝短套筒之前,首先在基坑里確定線路中心線,也就是鋼套筒的中心線。鋼套筒定位時,要求鋼套筒的中心線、線路中心線兩條控制線重合。
(2)在地面組裝好短套筒,整體下放到端頭井內(nèi),使鋼套筒的中心與事先確定好的線路中心線重合,向前移動短套筒與洞門鋼環(huán)焊接。
(3)短套筒安裝完成后,連接螺栓按順序緊固后需進(jìn)行檢查并復(fù)緊,對筒體位置進(jìn)行復(fù)測,檢查與盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的中心線是否重合。調(diào)整完成后,再進(jìn)行冷凍管路安裝。
(4)短套筒與鋼環(huán)通過弧形板焊接連接,焊縫沿短套筒一圈內(nèi)外側(cè)滿焊。
(5)短套筒內(nèi)安裝鋼軌。在短套筒下方圓弧內(nèi)避開鋼絲刷安裝43鋼軌,鋼軌與始發(fā)架兩側(cè)鋼軌齊頭,鋼軌兩側(cè)焊接7字板。為保持盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時抬頭的趨勢,靠近洞門端鋼軌墊高20mm。
(6)安裝始發(fā)架以及盾體。短套筒安裝好以后,其次安裝始發(fā)架,然后安裝盾構(gòu)機(jī)主體,并與連接橋和后配套臺車連接。
(7)兩側(cè)加固。兩側(cè)及底部需支撐牢固,防止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時箱體發(fā)生位移。
(8)安裝鋼絲刷及止水簾布。短套筒前端第1節(jié)直接與洞門預(yù)埋鋼環(huán)焊接連接,第2節(jié)與第1節(jié)采用法蘭連接。鋼套筒安裝完畢,盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)前,在鋼套筒及洞門鋼環(huán)內(nèi)安裝鋼絲刷(焊接),第2節(jié)套筒后端通過法蘭與止水簾布相連。止水簾布安裝后,再安裝翻板。翻板采用20mm的法蘭連接。洞門破除過程中采取對底部鋼絲刷采取包裹形式的保護(hù)措施,防止損壞。
(1)在凍結(jié)鉆孔施工完成,孔口管安裝完成,打壓試驗完成后,開始進(jìn)行鋼套筒安裝,待安裝完成后再進(jìn)行凍結(jié)管路連接,確保冷凍管與鋼套筒安裝不產(chǎn)生影響。
(2)破除洞門前,先進(jìn)行鋼套筒內(nèi)部鋼絲刷焊接與涂抹油脂,鋼絲刷5-7點位先不進(jìn)行鋼絲刷焊接,待破除剩余外層鋼筋網(wǎng)片、砼渣清運完成后,再進(jìn)行剩余的鋼絲刷焊接。盾尾刷采用2道鋼絲刷+1道鋼板束設(shè)置,盾尾刷涂抹手涂油脂時,盾尾刷內(nèi)的每根鋼絲從根部到頂部都要附著盾尾油脂,表層不能有油脂堆積。拼裝負(fù)環(huán)前要調(diào)試好盾構(gòu)機(jī)的注脂系統(tǒng),保證油脂管路正常。同時通過轉(zhuǎn)換接頭,把不用的注漿備用管,超前注漿管路都打入盾尾油脂,防止后期堵塞。
(3)因鋼套筒與冷凍管路影響,洞門破除時增加足夠的人員清渣。
(4)洞門破除過程中注意保護(hù)凍結(jié)管,洞門全部破除剩余最外層鋼筋網(wǎng)片時,在15小時內(nèi),完成凍結(jié)管拔除。拔除后,割除最后一層鋼筋網(wǎng)片。
(5)當(dāng)-1環(huán)負(fù)環(huán)管片(背覆鋼板管片)拼裝完成后,第2節(jié)鋼套筒尾部與背覆鋼板管片之間的空隙,采用環(huán)形鋼板焊接封堵。
當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至100環(huán)位置時,打開過渡環(huán)預(yù)留的觀察孔閥門,觀察有無出水,如有出水則通過球閥進(jìn)行注雙液漿,以及1~15環(huán)管片注入雙液槳對洞門進(jìn)行二次封堵至觀察孔無出水為止。洞門封堵完以后,先拆除第2節(jié)上半圓,再拆除第1節(jié)上半圓,最后拆除第2節(jié)下半圓及第1節(jié)下半圓。
勞動路站東端頭左線在積極凍結(jié)過程中,出現(xiàn)多根凍結(jié)管漏鹽水的情況,雖然及時停止鹽水供應(yīng),并在原冷凍管內(nèi)打設(shè)內(nèi)管重新冷凍,但冷凍效果及成冰情況均無法保障,存在重大的安全隱患,但在短鋼套筒的保護(hù)下,盾構(gòu)始發(fā)過程中未出現(xiàn)漏水漏沙現(xiàn)象,盾構(gòu)平穩(wěn)始發(fā)。始發(fā)后由于短鋼套筒的密封作用,盾構(gòu)快速建壓,保證了穿越既有線時的盾構(gòu)姿態(tài)和土倉壓力,且保證了充填注漿和二次注漿不會從洞門處漏漿,填充效果良好,從而使既有線沉降也非常小,兩個區(qū)間始發(fā)后累計沉降最大僅3.8mm,保障了既有線路的運營安全。
在富水地層盾構(gòu)始發(fā)的風(fēng)險主要存在于破洞門時漏水漏沙的風(fēng)險以及盾構(gòu)始發(fā)后打通過水通道,外側(cè)水沙涌入端頭的風(fēng)險,目前采用凍結(jié)法加固的端頭在控制破洞門的風(fēng)險上有很好的作用,凍結(jié)成冰的杯底有效地阻擋了外側(cè)的水和沙。但是在盾構(gòu)始發(fā)后,往往由于打通了外界的過水通道,有時水流過大,不能凍結(jié),導(dǎo)致發(fā)生漏水漏沙的事故,短鋼套筒恰恰能夠阻擋這部分水和沙,從而保證始發(fā)安全。同時,由于短鋼套筒延長了洞門的長度,且尾部密封較好,能夠較快地建立土倉壓力,調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài),對于始發(fā)段的盾構(gòu)姿態(tài)控制和沉降控制起到了很好的作用,保證了始發(fā)安全及沉降控制。