小净距隧道盾构接收施工控制技术

2023-10-09张庆欣

山西建筑 2023年20期

张庆欣

(新疆昆仑工程咨询管理集团有限公司,河南郑州 450016)

1 工程概况

郑州市轨道交通12号线一期工程河西车辆段—圣佛寺站区间,包含1个盾构区间和1个明挖区间[1]。其中隧道区间出河西车辆段向北敷设下穿机场高速后,到达位于经开第三大街的圣佛寺站南端头。

盾构区间左线起点里程为左SSK0+088.941,终点里程为左SSK0+997.842,左线长度为908.901 m,设计605环管片。区间出口端605环处最小净间距1.73 m,602环位置净距2.12 m,600环位置净距2.50 m,598环位置净距2.88 m,596环位置净距3.27 m,594环位置3.65 m,592环位置净距4.04 m,590环位置净距4.42 m,575环位置净距为6.8 m,线间距约13 m,过渡到正常线间距,见图1。

始发井设置在河西成两段端,圣佛寺站端接收,接收端设计为4线隧道,进出河西车辆段2条线,预留二期工程2条正线。圣佛寺站始发端采用WSS桩加固,加固长度4 m,开挖轮廓线外3 m;接收端采用三轴搅拌桩和高压旋喷桩加固,加固长度8 m,开挖轮廓线外3 m。

工程位于郑州市东南部,为黄河冲击平原。接收端头自上而下主要为杂填土、黏质粉土、粉砂及细砂层,地下水类型属第四系松散岩类孔隙潜水,主要赋存于②42粉砂、②51细砂层中,属强透水层。接收端头初勘期间稳定水位埋深约为13 m。圣佛寺站南区影响车站主体施工管线全部迁改完成,现对圣佛寺站南区场地内及周边管线进行交底,管线主要有:雨水,污水,给水,天然气,10 kV电力,弱电,热力。采用两台CTE6440E-0660型土压平衡施工。

2 工程风险分析

工程风险一般包括工程环境风险和工程自身风险。本工程环境风险主要为接收端附近地下管线,有雨水、污水、燃气等管线通过,但不在端头加固区范围内,且埋置较浅,总体风险不大。工程风险重点是工程自身风险,接收端头的高水位、高透水性的粉砂、细砂地层,1.7 m的小净距隧道和施工不当可能诱发的风险主要表现在下列四方面:1)端头加固不到位,施工控制不当超挖,富水砂层泥水流失引起地表变形、沉降、塌陷等风险。2)地表变形、沉降、塌陷引起地下雨污水管沉降、变形、破裂、涌水、坍塌等风险。3)地下水降水不到位或雨污水管道破裂引起隧道透水、涌水、涌泥、坍塌等风险[2]。4)盾构掘进出洞侧压力增大、围岩扰动变形引起先行隧道管片变形沉降、错台、破裂甚至坍塌等风险。

3 接收施工控制技术方案

3.1 总体方案

根据小净距隧道盾构施工接收可能产生的工程风险,制定有针对性的接收措施方案。通过改善接收工程自身不良水文、地质条件,优化盾构出洞掘进技术参数和控制措施,提高监控量测信息化管理水平,实现盾构接收动态控制以保证盾构安全接收出洞。先行洞右线隧道先期贯通,后行洞左线隧道滞后1个月左右再贯通,前后拉开距离约180环270 m。

3.2 接收控制技术措施

富水砂层小净距隧道盾构接收风险较大,施工控制难度大,我们通过事前、事中和事后系统控制化解风险。事前做好端头加固、端头降水、接收联系测量、监控量测、接收托架、轨道架设,洞门破除、洞门密封、先行洞加固、后行洞加固、材料准备(管片)和盾构维修保养、人员交底教育培训等工作,事中做好盾构掘进、管片拼装、同步注浆和盾构姿态等技术控制工作,事后做好洞门环梁、壁厚二次注浆加固和工后监控量测等工作,发现问题及时动态处理,确保施工质量和安全。

3.2.1 端头加固

圣佛寺站端头设置一道三轴搅拌桩止水帷幕,搅拌桩加固体与止水帷幕同期施工,端头加固搅拌桩与止水帷幕搅拌桩搭接长度为250 mm,在加固体和围护桩之间进行一排φ800@550 mm旋喷桩加固,旋喷桩需在搅拌桩与主体结构施工均完成后再进行施工,保证加固体与车站围护桩间密贴、连续、无渗水通道。φ850@600 mm三轴搅拌桩加固范围:纵向加固长度为8.0 m,加固宽度均为盾构隧道结构轮廓线左右各3 m,竖向加固范围均为盾构隧道结构轮廓线上下各3 m。地基加固检测在旋喷桩施工结束28 d后进行,采用钻孔取芯法进行,检验左右隧道范围以外,距加固边1.5 m各3个点。加固区加固强度指标为:土的无侧限抗压强度不小于0.8 MPa,渗透系数不大于1×10-6cm/s,同时确保加固土体的均匀性、密实性,见图2。

3.2.2 端头降水

端头加固完成之后进行端头降水工作,根据水文地质情况及现场实际在端头布置3口降水井,2口水位观测井,降水井深度在加固区底部以下5 m,确保水位降到隧道底以下1 m。降水井壁管采用无砂混凝土管,管径内径300 mm,外径360 mm,采用型号规格QY12-40-2.2A的潜水泵抽水。

3.2.3 先行洞加固

为保证左线接收段掘进时右线先行洞成型隧道结构安全,在右线洞口位置沿隧道水平中心位置设置“*”字型横向支撑和斜向支撑架,采用20工字钢,每环设置一道,总计设置12道,对右线591环～604环范围管片进行加固,并沿隧道纵向设置20环管片槽钢拉紧,采用16B槽钢,设置6道,见图3。

先行洞小净距段盾构隧道采用加强型Ⅱ型管片,钢筋配筋量大,承载能力强,并且每环管片增加6个注浆孔,通过注浆孔进行小净距中侧壁深孔注浆,对中壁围岩进行进一步加固。

3.2.4 监控量测

1)管片结构净空收敛监测。布点原则是沿着盾构推进方向,在盾构接收段100 m范围内每5环布设一个监测断面,标准区间段每10环布设1个断面;每个监测断面在两侧拱腰处布设管片结构净空收敛监测点。因左线出洞位置与右线净距较小(最小净距为1.7 m),盾构机在掘进中易对右线成型管片造成影响,现将该区域净空收敛加密至每2环布设一个监测断面,从586环到605环。

2)管片结构竖向位移监测。布点原则沿着盾构推进方向,在盾构始发与接收段100 m范围内标准区间按照每10环设1个断面,接收段按照5环设1个断面进行加密,区间标准段每个监测断面在拱底布设管片结构竖向位移监测点。因左线出洞位置与右线净距较小(最小净距为1.7 m),盾构机在掘进中易对右线成型管片造成影响,现将该区域净空收敛加密至每2环布设一个监测断面,从586环到605环。

3.2.5 接收联系测量

在盾构隧道贯通线100 m,60 m,30 m前各进行三次贯通前的联系测量,精确测设隧道中线和高程。根据贯通误差调整盾构掘进姿态,以便于顺利出洞。

3.2.6 接收托架、轨道安装

接收托架安装要严格根据隧道中线和轨道标高定位,接收轨道中线要与隧道中线、盾构中线三线合一,接收轨道标高略低于始发轨道标高10 mm,便于盾构顺利上接收轨道。

3.2.7 洞门密封

盾构出洞前检查洞门钢环梁,安装洞门折页板和橡胶密封帘子布,穿好收口钢丝绳,设置收口固定栓。折页板、帘子布要圆顺能够密贴在盾构上不漏水、不漏泥。

3.2.8 盾构检修

盾构出洞前距洞口约30 m对盾构最后一次检查、维修、保养,确保状态良好一次性出洞成功。重点检查盾构推力油缸、主轴承、盾尾刷、拼装机、螺旋机、测量装置等。

3.2.9 材料准备

出口段小净距隧道采用Ⅲ型重载加强型管片,比通用管片承载能力强,增加注浆孔,便于注浆加固围岩。注浆浆液事前准备好不同稠度、凝胶时间、强度的单液浆、双液浆等注浆材料。

3.2.10 作业教育、交底

掘进出洞前再次对作业及管理人员教育和交底,对总体出洞方案、步序、技术参数、控制要点和注意事项、可能出现的风险等讲清楚、讲明白,尤其是现场盾构司机、管片拼装工、注浆工和测量工,使每个人都了然于胸,有的放矢。

3.2.11 掘进出洞技术控制

在盾构掘进施工过程中,盾构姿态变幅越大,盾构机越难控制,对地面沉降的影响也越大,要坚持“勤监测、勤纠偏、小纠偏”的原则,尽量实现盾构的平缓推进;严禁一次性大幅度纠偏,造成超挖和对周围土层的扰动,尤其是在小净距接收段盾构姿态和掘进参数的控制尤为重要,要保证平稳、低速、连续、一次性通过,避免中途停机。

在进入区间小净距590环前,区间正常掘进,推力控制在800 t～1 100 t。在区间591环～600环掘进过程中,降低推力至500 t,进一步减小因盾体前进所产生对区间右线隧道的水平侧压力,推进速度控制在10 mm/min以内,扭矩控制在1 000 kN·m～1 300 kN·m,刀盘转速控制在1 rpm～1.2 rpm。注浆压力应大于土仓压力0.5 bar～1 bar,但必须小于盾尾油脂仓压力,因此注浆压力控制在2 Pa～2.5 Pa。根据管片壁后环形空隙与地层有效填充的经验公式计算,Q=π(R2-r2)Lα=3.14×(3.232-3.12)×1.5×(1.5～2)=5.8 m3～7.8 m3。注浆量取盾尾空隙理论体积的1.5倍～2倍。根据前期掘进过程中地面沉降监测结果及时调整注浆量和注浆压力。采用注浆压力和注浆量双指标控制,即当注浆压力达到设定值时,注浆量达到设计值的95%以上时,即可认为达到了质量要求,见表1。

表1 左线接收段掘进参数表

4 其他注意事项

4.1 先行洞与后行洞要保持合适的距离和时间

本盾构区间右洞先行贯通,左洞后行贯通,左右洞保持180环约270 m的距离,施工时间约一个月。先行动贯通后对其洞身进行注浆加固,小净距侧壁深孔注浆加固,洞身设置“*”字型型钢支撑架,钢筋混凝土洞门环梁施工完成,增加先行洞洞身的整体稳定性。

4.2 零环管片的拆除时机

盾构机成功接收出洞后要对洞口段管片壁厚二次注浆,确保洞门段、环梁部位不渗不漏,壁厚浆液密实,强度符合设计要求方可拆除零环管片。零环管片的拆除切忌死拉硬拽粗暴摘除,防止损害正环管片棱角和螺栓孔,甚至不小心跌落砸伤管片及人员。

4.3 洞门环梁浇筑时机

零环管片拆除后及时施工洞门钢筋混凝土环梁,使洞门环梁、车站端墙和隧道管片有机连成一体,增强整体性。洞门环梁施工完成强度达到设计要求后,如有渗漏再次注浆封堵。

4.4 盾尾密封

盾构穿越不良地质或出洞前应认真检查盾尾密封情况,检查盾尾刷磨损情况,有无漏浆情况,及时维护和添加密封油脂,保证正常压力不漏浆。盾尾漏浆将影响同步注浆质量,可能导致隧道渗漏、错台等异常情况产生。

4.5 洞门密封

4.6 管片螺栓二次复紧

管片脱离盾尾后二次注浆前及时对管片弯螺栓二次复紧,提高隧道管片的整体性,防止螺栓松弛、围岩应力二次分布导致管片变形错台。

4.7 渣土改良

不同地质和施工情况,科学合理的渣土改良可以有效改善渣土稠度黏性,可以预防渣土黏结刀盘、输送带产生泥饼,保持土仓压力平衡稳定开挖面,降低对刀具和螺旋输送机的磨损,预防螺旋输送机喷涌等情况。在富水砂层小净距隧道选择适宜的渣土改良材料至关重要,根据试验采用天然钠基膨润土浆液和高分子聚合物作为渣土改良剂,渣土改良以膨润土浆液为主,高分子聚合物为辅,取得了很好的效果。