王守慧, 楊 星, 江玉生, 劉泉維, 3, 趙繼增, 3, 朱志敬, 邵長志, 譚卓林, 楊志勇, *

(1. 青島地鐵集團(tuán)有限公司, 山東 青島 266045; 2. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院, 北京 100083;3. 青島市地鐵六號(hào)線有限公司, 山東 青島 266427; 4. 山東大學(xué)土建與水利學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250002;5. 中鐵二局集團(tuán)有限公司, 四川 成都 610031)

0 引言

中國部分沿海城市(如青島、廣州等)的地鐵隧道在建設(shè)過程中遇到了高強(qiáng)度硬巖地層,而全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)施工工法(簡稱TBM法)在類似工程中由于其地質(zhì)適應(yīng)性好、機(jī)械化程度高、施工效率高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。雙護(hù)盾TBM通過吹填豆礫石后再灌漿的方法回填管片與圍巖間隙;然而,目前TBM盾尾普通封堵板在施工中豆礫石難以及時(shí)吹填、滯后時(shí)間久,在青島地鐵的一些TBM區(qū)間中,管片錯(cuò)臺(tái)、破損、滲漏水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,甚至出現(xiàn)了TBM軸線偏差和設(shè)備姿態(tài)超限等問題[1-2]。因此,需要研究一種合理的回填方案保證TBM掘進(jìn)過程中管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

雙護(hù)盾TBM通常采用先吹填豆礫石、后灌漿的回填方案,豆礫石作為管片脫出盾尾后的第1道有效支撐介質(zhì),其吹填效果會(huì)直接影響管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[3]。相關(guān)研究表明,豆礫石的吹填效果一般與豆礫石顆粒特性、吹填工序等有關(guān): 汪雪英等[4]采用數(shù)字圖像分析法研究了豆礫石的輪廓、棱角、粒徑等特性,提出了描述豆礫石顆粒形態(tài)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn); 胡超等[5]基于顆粒流PFC數(shù)值計(jì)算程序模擬豆礫石吹填過程,分析了管片不同點(diǎn)位的豆礫石密度分布規(guī)律,并給出了工程中的吹填建議方案; 葸振東等[6]也使用PFC軟件模擬豆礫石吹填工藝,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定了灌漿漿液的配比并現(xiàn)場應(yīng)用。提高豆礫石回填效果還可以從改進(jìn)施工技術(shù)的角度來實(shí)現(xiàn): Henzinger等[7-8]提出了采用土工織物管來封堵管片壁后間隙的方法,以提高豆礫石吹填時(shí)的休止角,同時(shí)使用探地雷達(dá)技術(shù)對(duì)管片壁后回填層厚度的分布規(guī)律和豆礫石的密實(shí)度進(jìn)行了分析。

學(xué)者們也對(duì)圍巖應(yīng)力-管片襯砌相互作用問題進(jìn)行了研究。Henzinger等[7,9]指出雙護(hù)盾TBM采用支撐盾模式開挖時(shí),圍巖振動(dòng)會(huì)引起管片壁后回填料的重分布,同時(shí)采用光纖技術(shù)手段作為圍巖應(yīng)力永久監(jiān)測的方案。胡明明等[10]對(duì)豆礫石灌漿體進(jìn)行室內(nèi)應(yīng)力-波速相關(guān)性試驗(yàn)研究,揭示了在圍巖應(yīng)力作用下灌漿體的受力特性。王明友等[11]基于有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算軟件研究了回填體不同密實(shí)度對(duì)管片襯砌和圍巖之間的相互作用影響,并根據(jù)不同圍巖分級(jí)提出了相應(yīng)的回填標(biāo)準(zhǔn)。吳圣智等[12]采用有限元-離散元耦合的方法對(duì)豆礫石吹填后至未灌漿前引起的地表沉降進(jìn)行了研究,最終給出了豆礫石回填量的檢測標(biāo)準(zhǔn)及建議值。

目前,已有研究大多集中于相同的管片背后回填工藝,即先吹填豆礫石后灌漿,盾尾普通封堵板難以滿足豆礫石及時(shí)吹填之需,灌漿滯后時(shí)間久。同樣,從施工效果來看,灌漿較長時(shí)間滯后于豆礫石回填的方式也易導(dǎo)致管片穩(wěn)定時(shí)間長、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)高的問題。如果能夠盡早灌漿,先穩(wěn)定住管片底部,則有助于穩(wěn)定整環(huán)管片。鑒于此,本文提出豆礫石與底部灌漿同步回填的新工藝,并在青島地鐵6號(hào)線進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),取得了一定的成效,其改進(jìn)后的工藝以期為提高雙護(hù)盾TBM管片穩(wěn)定性和隧道質(zhì)量提供新思路。

1 豆礫石吹填過程及TBM盾尾針對(duì)性設(shè)計(jì)

1.1 常規(guī)的TBM豆礫石回填

雙護(hù)盾TBM采用預(yù)制鋼筋混凝土管片作為襯砌,區(qū)別于盾構(gòu)封閉開挖的特性,TBM的盾尾沒有類似盾尾刷的完全封閉裝置來阻擋盾體外的滲漏。如果管片剛脫出盾尾即吹填豆礫石,容易導(dǎo)致豆礫石沿盾尾與管片外壁的間隙泄漏至隧道內(nèi)。盡管一些廠家或施工單位常常在TBM盾尾增加封堵鋼板,但實(shí)際使用效果欠佳;在管片脫出盾尾較長距離后吹填豆礫石,可以解決豆礫石泄露的問題,但會(huì)導(dǎo)致脫出盾尾尚未吹填豆礫石的管片缺少豎向支撐,極易造成管片失穩(wěn)等問題。青島地鐵TBM施工[1-2]期間,除本文試驗(yàn)區(qū)間外,依舊采用傳統(tǒng)的管片壁后回填方式,于盾尾底部設(shè)置2道凹槽,在管片底部放置墊塊,以維持管片在吹填豆礫石前的穩(wěn)定,如圖1所示。該方法有一定的效果,但管片穩(wěn)定性不足且增加了工序。

圖1 TBM盾尾開槽放置墊塊

以青島地鐵雙護(hù)盾TBM施工為例,常規(guī)條件下豆礫石吹填和灌漿過程如圖2所示。一般有約1.5環(huán)管片處于尾盾內(nèi),設(shè)第n環(huán)管片完全在盾殼內(nèi),由于受到輔推油缸推力、鄰近管片(第n-1環(huán))和底部墊塊的支撐,能夠維持一定的穩(wěn)定性。一般在第n-4環(huán)(即脫出盾尾第3環(huán)位置)開始吹填豆礫石,由于豆礫石屬于典型的散體材料,具有一定的天然休止角,豆礫石填充穩(wěn)定后在隧道縱斷面會(huì)呈現(xiàn)一定的傾角。當(dāng)n-4環(huán)豆礫石吹填完畢,理論上管片壁后中線以下的空隙能夠被填滿,此時(shí)第n-3環(huán)和第n-2環(huán)的位置也能部分被充填。大約在第n-7環(huán)的位置,豆礫石能夠充填滿底部270°范圍,頂部約90°范圍仍未充填,只能依靠后續(xù)灌漿保證回填密實(shí)。一般灌漿位置為n-10環(huán)以后,由于受現(xiàn)場條件影響(如隧道處于下坡等),有時(shí)灌漿位置會(huì)更滯后。

在青島地鐵建設(shè)中,這種常規(guī)TBM管片壁后回填的方式存在如下問題:

1)最早僅能在脫出盾尾第3環(huán)吹填豆礫石,第n-2環(huán)和第n-3環(huán)管片穩(wěn)定性無保證;

2)墊塊能夠維持管片暫時(shí)的穩(wěn)定,但穩(wěn)定效果遠(yuǎn)不及豆礫石,且墊塊永久放置在管片底部,墊塊之間的空間難以被豆礫石充填飽滿;

3)灌漿位置比較滯后,管片無法及時(shí)穩(wěn)固,錯(cuò)臺(tái)及失穩(wěn)容易導(dǎo)致漏漿。

圖2 常規(guī)條件下豆礫石吹填和灌漿的過程

1.2 TBM盾尾封堵板的設(shè)計(jì)制造

為了實(shí)現(xiàn)“管片脫出盾尾即可在壁后吹填豆礫石”及“豆礫石和灌漿同步回填”的效果,設(shè)計(jì)了一種封堵板結(jié)構(gòu),如圖3(a)所示。區(qū)別于普通TBM盾尾封堵單層鋼板(見圖3(b)),其整體由3層密封鋼板疊加而成,焊接于盾尾的螺栓座并固定。密封板材質(zhì)為65Mn彈簧鋼[13],具備良好的彈性和耐磨性,每層板厚3 mm,寬度為10 cm,為了能夠與圍巖及管片緊密接觸,密封板分塊拼裝、分層搭接,且末端彎折90°處理后能夠與圍巖或管片柔性接觸,整塊板彎折后的長度約為28 cm。封堵板的具體結(jié)構(gòu)尺寸和現(xiàn)場安裝效果如圖4所示。獨(dú)特的彈性耐磨材料、尺寸及形狀設(shè)計(jì)保證了封堵板具有耐磨性強(qiáng)、更換方便及針對(duì)不同直徑盾尾的適用性廣等特點(diǎn)。

(a) 針對(duì)性設(shè)計(jì)

(b) 普通設(shè)計(jì)

(a) 封堵板結(jié)構(gòu)尺寸(單位: mm)

(b) 封堵板安裝后的現(xiàn)場效果

1.3 回填方案及計(jì)劃

在焊補(bǔ)尾盾凹槽并增加封堵板后,管片壁后的回填過程如圖5所示。此時(shí)封堵板能夠完全堵住豆礫石并能阻擋部分漿液滲漏,則豆礫石完全可以在第n-3環(huán)(脫出盾尾第2環(huán))吹填,而同步灌漿過程可在第n-4環(huán)進(jìn)行,即脫出盾尾第3環(huán)的管片可獲得豆礫石和漿液的支撐,穩(wěn)定時(shí)間較以往提前6～7環(huán)。同步灌漿的漿液僅需填滿180°以下范圍即可達(dá)到維持管片穩(wěn)定的目的,而當(dāng)管片脫出盾尾10環(huán)以后,還需要進(jìn)行二次補(bǔ)漿來填滿剩余的回填間隙,以保持整個(gè)TBM施工期間管片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

2 同步灌漿材料指標(biāo)選用

2.1 材料基本特性

2.1.1 注漿材料

本次試驗(yàn)的灌漿回填材料選用山東大學(xué)特制的抗分散型動(dòng)水注漿材料[14-15],其主材料來源于青島地鐵施工開挖的巖渣,經(jīng)篩選后配合一定量的硅酸鹽水泥和其他添加劑組成。該材料成本低、取材容易,符合“綠色、環(huán)?！钡闹黝}[16],具有速凝和抗水沖散的特性。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[17]實(shí)驗(yàn)室測定,水灰比為3.5∶5時(shí),漿液初凝時(shí)間低于4 h、析水率小于2%、結(jié)石率不低于98%、28 d的單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)20 MPa,是用于管片壁后回填的優(yōu)質(zhì)材料[18],如圖6所示。

圖5 增加封堵板后的回填過程示意圖

圖6 水灰比為3.5∶5時(shí)的漿液基本特性

漿液過稀極易導(dǎo)致流失,而過稠的漿液會(huì)影響其泵送性能,造成堵管問題。本次試驗(yàn)及后續(xù)現(xiàn)場應(yīng)用計(jì)劃直接在連接橋位置進(jìn)行漿液配置,注漿管路長度將大幅縮短,故暫不考慮管路的損失問題。為了同步填充豆礫石孔隙,漿液需要具備合適的稠度和流動(dòng)性。為此現(xiàn)場采用標(biāo)準(zhǔn)稠度儀[19]測定了水灰比分別為2∶5、2.5∶5、3∶5、3.5∶5、4∶5時(shí)的稠度值,結(jié)果如圖7所示。由圖可知,當(dāng)水灰比低于3∶5時(shí),稠度值降低至13 cm(5組試驗(yàn)的平均值)以下。

2.1.2 豆礫石

本次試驗(yàn)采用的豆礫石來源于青島地鐵雙護(hù)盾TBM隧道施工現(xiàn)場,實(shí)驗(yàn)室測得其顆粒級(jí)配曲線如圖8所示,各項(xiàng)指標(biāo)見表1。其相關(guān)指標(biāo)如含泥量Pd=0.075≤1%、超徑含量(1-Pd=10)≤5%,均滿足規(guī)范要求[20]。但其表面密度[20]ρ(1-e)=778.7 kg/m3<2 550 kg/m3、遜徑含量Pd=5高達(dá)49%,二者不能滿足相關(guān)規(guī)范[20]要求,說明豆礫石質(zhì)量較輕且含有較多的細(xì)顆粒。這種豆礫石盡管在某些特性方面欠佳,但考慮到環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和成本的問題,實(shí)際上也能夠被大多數(shù)工程認(rèn)可和使用,本次試驗(yàn)主要針對(duì)豆礫石吹填完成后的灌漿問題進(jìn)行探索,因此對(duì)于豆礫石性質(zhì)的影響將不作為重點(diǎn)進(jìn)行討論。

圖7 不同水灰比漿液的稠度

圖8 現(xiàn)場采用的人工碎石豆礫石顆粒級(jí)配曲線

表1 現(xiàn)場采用的人工碎石豆礫石指標(biāo)

2.2 豆礫石滲透試驗(yàn)

盡管回填方案中計(jì)劃在第n-4環(huán)(即吹填完豆礫石的后一環(huán))灌漿,但漿液需滿足特定的黏稠度要求而不至于流失,最理想的效果是: 漿液在泵送時(shí)能夠流暢地朝豆礫石孔隙滲透,而停止泵送后漿液則立即停止流動(dòng)。為了盡可能貼近這種最佳效果,設(shè)計(jì)了簡易的滲透裝置,如圖9所示。該裝置為底面直徑5 cm的圓柱筒,下部7 cm高度放置豆礫石,上部3 cm高度注入漿液,3∶7的高度比正好保證上部漿液充滿下部豆礫石的孔隙;同時(shí)在筒的底部打開一個(gè)出漿孔,以保證漿液能夠受重力自然滲透。整個(gè)試驗(yàn)過程記錄初始狀態(tài)至滲透結(jié)束時(shí)的總滲透時(shí)間,以評(píng)估漿液在豆礫石孔隙中的滲透能力。

(a) 初始狀態(tài) (b) 滲透中 (c) 滲透結(jié)束

首先,進(jìn)行了水灰比分別為2∶5、2.5∶5、3∶5、3.5∶5、4∶5的5組試驗(yàn),結(jié)果如圖10(a)所示。發(fā)現(xiàn)漿液水灰比為2∶5時(shí),不能完全滲透豆礫石;而當(dāng)水灰比大于3∶5時(shí),滲透速率過快(≤7 min),且從上表面能明顯觀察到未被漿液灌濕的豆礫石;水灰比為2.5∶5時(shí),漿液灌滿豆礫石,但有少量漿液從底部出漿孔中流出。

第2次設(shè)計(jì)了水灰比分別為2.1∶5、2.2∶5、2.3∶5、2.4∶5的4組試驗(yàn),結(jié)果如圖10(b)所示。結(jié)果表明,水灰比為2.3∶5時(shí)的滲透時(shí)間為26 min,漿液灌滿豆礫石孔隙且僅有少量漿液溢出,此配比可作為現(xiàn)場管片壁后灌漿試驗(yàn)的最佳配比。

3 豆礫石與灌漿同步回填的現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 工程簡介

青島地鐵6號(hào)線華山一路站—?jiǎng)?chuàng)智谷站區(qū)間(簡稱華—?jiǎng)?chuàng)區(qū)間)為雙洞雙線隧道,單線長度約840.1 m,隧道埋深為38～101 m,線間距為14～17 m,區(qū)間沿掘進(jìn)方向?yàn)橄缕?最大坡度為27.5‰,隧道主要穿越微風(fēng)化輝綠巖和微風(fēng)化花崗巖地層,采用預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌。隧道采用2臺(tái)中船重工生產(chǎn)的雙護(hù)盾TBM施工,開挖直徑6 300 mm,管片內(nèi)徑5 400 mm、外徑6 000 mm、厚度300 mm、環(huán)寬1 500 mm,管片采用6分塊錯(cuò)縫拼裝,試驗(yàn)段偶數(shù)環(huán)為封頂塊(FB)左偏,奇數(shù)環(huán)為封頂塊右偏。管片各分塊的注漿孔點(diǎn)位如圖11所示。

(a) 水灰比(5組)試驗(yàn)(第1次)

(b) 水灰比(4組)試驗(yàn)(第2次)

(a) 偶數(shù)環(huán) (b) 奇數(shù)環(huán)

3.2 灌漿量理論計(jì)算

假定TBM開挖后的洞壁(半徑為R)和管片外壁(半徑為r)均為標(biāo)準(zhǔn)圓形,如圖12(a)所示。當(dāng)管片沉降量為s時(shí),由圓心O位移至O′位置所形成的弧形半角

θ=cos-1(s/R)。

(1)

同樣地,圓O′底部180°位置與圍巖邊界間的面積

(2)

考慮豆礫石孔隙率e=0.46、管片環(huán)寬w=1.5 m,則每環(huán)管片填滿管片底部180°的灌漿量

G=e·A·w。

(3)

根據(jù)式(1)—(3),基于MATLAB程序?qū)⒐酀{量G與管片沉降量s的關(guān)系整理如圖12(b)所示。當(dāng)管片不發(fā)生沉降(s=0)時(shí),每環(huán)的理論灌漿量G約為1 m3;當(dāng)管片沉降為70 mm(s=0.07 m)時(shí),G約為0.85 m3。青島地鐵建設(shè)過程中通過全站儀以不少于2次/d的測量頻率測定每環(huán)管片的姿態(tài)。以往工程經(jīng)驗(yàn)表明,其垂直方向絕對(duì)坐標(biāo)一般不超過-70 mm。因此,為了最低限度地確保管片沉降不超限,每環(huán)的灌漿量建議為1 m3,最低不得少于0.85 m3。

(a)

(b)

3.3 現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)

3.3.1 設(shè)備及流程

為了盡可能地降低注漿過程中管路過長而導(dǎo)致的堵管、壓力損失及影響交叉施工等問題,特將注漿機(jī)和漿液攪拌罐分別運(yùn)輸至TBM連接橋和1#臺(tái)車前端,即最靠近管片拼裝的位置,如圖13所示。試驗(yàn)時(shí)將干料以一定配比加水在攪拌罐里進(jìn)行充分?jǐn)嚢?然后用注漿機(jī)吸入攪拌好的漿液(過程Ⅰ),再以一定壓力泵送至管片外壁間隙(過程Ⅱ)。采用ZKSJ200液壓式注漿泵,管路直徑為64 mm,1次可通過2個(gè)管路同時(shí)排(吸)漿,排漿量最高可達(dá)10 m3/h,工作沖程壓力為0～16 MPa(非均勻注漿壓力);漿液攪拌罐為TBM后配套設(shè)備,單次攪拌容量最高可達(dá)3 m3。

圖13 隧道內(nèi)試驗(yàn)的設(shè)備擺放位置

3.3.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

在現(xiàn)場隧道內(nèi)進(jìn)行的2個(gè)試驗(yàn)方案及分組如圖14所示。試驗(yàn)1在管片拼裝215環(huán)的位置;試驗(yàn)2在管片拼裝222環(huán)的位置,為了方便描述,將管片剛脫出盾尾的環(huán)定義為第①環(huán)。試驗(yàn)分組、灌漿點(diǎn)位、灌漿量、灌漿壓力(沖程值)及漏漿結(jié)果見表2和圖15,其中灌漿壓力經(jīng)過現(xiàn)場多次嘗試后選擇了既保證漿液可灌性又不至于流竄的最低壓力為1.6～1.8 MPa。試驗(yàn)過程中為了保證管片至少填滿底部120°～180°的空間,綜合上述理論灌漿量G的計(jì)算結(jié)果,控制每環(huán)的灌漿量為1 m3,每組試驗(yàn)嘗試了不同的灌漿點(diǎn)位。

圖14 隧道內(nèi)試驗(yàn)方案及分組

表2 隧道內(nèi)試驗(yàn)方案及結(jié)果

(a) 試驗(yàn)1-組2的2點(diǎn)鐘(④)漏漿情況; (b) 試驗(yàn)1-組2的2點(diǎn)鐘(⑥)漏漿情況; (c) 試驗(yàn)1-組2的注漿管拔出后噴漿; (d) 試驗(yàn)1-組3的盾尾內(nèi)側(cè)底部略有漏漿; (e) 試驗(yàn)1-組3的6點(diǎn)半(③)注漿管拔出后觀察到“石-壁分離”現(xiàn)象; (f) 試驗(yàn)2-組3的第④環(huán)底部孔位漿液飽滿。

3.4 灌漿結(jié)果分析與討論

3.4.1 中部(3點(diǎn)鐘或9點(diǎn)鐘)位置灌漿

試驗(yàn)1的結(jié)果表明,在3點(diǎn)鐘灌漿時(shí)漿液容易在臨近2點(diǎn)鐘位置泄露(如圖15(a)、(b)所示),而同一管片的底部5點(diǎn)半位置則沒有漿液流出,同時(shí)在拔出注漿管后還發(fā)生了噴漿現(xiàn)象。以上現(xiàn)象說明,對(duì)于3點(diǎn)鐘(或9點(diǎn)鐘)位置來說,漿液更容易朝上滲透,這是因?yàn)槎沟[石本身在管片中部和底部的填充效果比上部密實(shí)得多,再加上本次試驗(yàn)調(diào)制的漿液較稠,最終導(dǎo)致漿液在一定壓力作用下朝上滲透。

3.4.2 最底部(5點(diǎn)半和6點(diǎn)半)位置灌漿

試驗(yàn)1在最底部的5點(diǎn)半和6點(diǎn)半位置灌漿,結(jié)果導(dǎo)致盾尾內(nèi)側(cè)千斤頂位置有少量漿液流出,在拔出注漿管后發(fā)現(xiàn)了豆礫石和管片外壁分離的現(xiàn)象(簡稱“石-壁分離”),如圖15(d)和(e)所示。同時(shí),從注漿孔中取出豆礫石發(fā)現(xiàn)其并未被漿液完全灌滿,這表明漿液并沒有朝下滲透進(jìn)入豆礫石,而是沿著“石-壁分離”的縫隙向前流動(dòng)。這是因?yàn)槎沟[石難以被飽滿地填充到管片的最底部,而較稠的漿液在豆礫石的表面滲透又形成了1層致密漿膜,在壓力作用下導(dǎo)致豆礫石被壓縮,最終形成了1條“石壁分離”縫隙。

3.4.3 中下部(4點(diǎn)鐘和8點(diǎn)鐘)位置灌漿

在參考試驗(yàn)1的結(jié)果后,試驗(yàn)2采用了在4點(diǎn)鐘和8點(diǎn)鐘位置連續(xù)灌漿的方式,灌漿結(jié)束后,盾尾位置沒有發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。在第④環(huán)底部5點(diǎn)半位置注漿孔取出豆礫石后能看到飽滿的漿液(如圖15(f)所示),而3點(diǎn)鐘和9點(diǎn)鐘位置并沒有漿液流出,這表明在中下部灌漿的漿液能夠往下流動(dòng)且不容易漏漿。

3.4.4 灌漿點(diǎn)位分析

現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)的豆礫石吹填順序?yàn)橄鹊撞?、再中部、最后頂?這樣的步序可以率先保證管片豎直方向的穩(wěn)定性,然而由于管片最底部位是趨近于水平線的,這就意味著豆礫石難以均勻填滿底部間隙;而管片中部是完全豎直的,這樣頂部的豆礫石可以完全自然流到中部的間隙,因此該位置更加密實(shí)。綜上,總結(jié)豆礫石的填充密實(shí)情況如圖16所示。對(duì)于向豆礫石孔隙內(nèi)灌漿來說,漿液更容易流向密實(shí)度差的位置,而如果直接向底部灌漿的話又容易導(dǎo)致“石-壁分離”的問題,因此,最佳的灌漿點(diǎn)位為每環(huán)的中下部,即4點(diǎn)鐘和8點(diǎn)鐘的位置。

圖16 豆礫石在管片壁后間隙的密實(shí)度分布

3.4.5 管片沉降實(shí)測分析

采用水準(zhǔn)儀測量試驗(yàn)2的214～221環(huán)管片沉降情況,得到豎向位移(負(fù)為沉降)與管片拼裝環(huán)數(shù)的關(guān)系如圖17所示。由圖可知,經(jīng)過灌漿的214～219環(huán)最終沉降量在4.5 cm以內(nèi),而未灌漿的220環(huán)和221環(huán)沉降量則達(dá)到6～7 cm。同時(shí),經(jīng)過灌漿的相鄰管片沉降差在1 cm以內(nèi),這表明豎直方向的錯(cuò)臺(tái)量不超過1 cm;而未灌漿的220環(huán)和221環(huán)間最大沉降量差值達(dá)到了2 cm,這表明采用吹填豆礫石后同步灌漿的方式有效降低了管片沉降。

圖17 試驗(yàn)2的管片沉降結(jié)果

4 結(jié)論與討論

本文依托青島地鐵6號(hào)線雙護(hù)盾TBM隧道工程,提出了豆礫石與灌漿同步回填施工工藝,并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),得出的主要結(jié)論如下:

1)設(shè)計(jì)并已投入使用的TBM盾尾封堵板可完全阻擋豆礫石泄露,管片脫出盾尾即可吹填豆礫石。

2)為了防止灌漿過程中漿液的過量流失,其稠度不應(yīng)高于13 cm;漿液水灰比為2.3∶5時(shí)效果最佳,滲透時(shí)間為26 min。

3)隧道內(nèi)現(xiàn)場試驗(yàn)表明灌漿點(diǎn)位過高會(huì)導(dǎo)致漿液上竄,而過低則會(huì)導(dǎo)致漿液向前流失,灌漿的最佳點(diǎn)位為管片的4點(diǎn)鐘和8點(diǎn)鐘位置。建議在豆礫石吹填完的后一環(huán)同步灌漿,灌漿量控制在0.85～1 m3為宜。

本次完成了對(duì)雙護(hù)盾TBM同步回填技術(shù)的現(xiàn)場初步試驗(yàn),驗(yàn)證了吹填豆礫石后立即進(jìn)行灌漿技術(shù)的可行性,確定了漿液配比及灌漿指標(biāo)。后續(xù)將針對(duì)實(shí)際工程中的應(yīng)用問題進(jìn)行下一步的探索,期望在未來TBM隧道建設(shè)中發(fā)揮出同步回填技術(shù)的優(yōu)勢。