戴志仁

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 城市軌道與建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710043； 2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 軌道交通工程信息化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043； 3.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043)

近年來，隨著各大城市軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，在北京、成都、蘭州、南寧以及西安等地，富水砂卵石地層(卵石含量在40%～70%，體積比)條件下盾構(gòu)隧道工程遇到的問題越來越突出[1]，比如盾尾后方隧道上浮、成型隧道偏離設(shè)計(jì)軸線、管片碎裂與滲漏、超挖引起地層空洞、刀具檢修導(dǎo)致地層失穩(wěn)等等，可能導(dǎo)致隧道貫通后需要進(jìn)行大范圍調(diào)線調(diào)坡，大量管片需要進(jìn)行修補(bǔ)甚至可能引起周邊構(gòu)筑物沉降或裂縫風(fēng)險等等[2-3]，無法滿足建設(shè)環(huán)境友好型社會的要求！

對于富水砂卵石地層條件下的盾構(gòu)隧道工程，很多學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)研究，戴志仁[4]針對蘭州地鐵1號線盾構(gòu)下穿黃河隧道工程，對管片荷載模式與結(jié)構(gòu)選型方面進(jìn)行了研究，明確了高水壓下管片防水與耐久性控制因素；楊志團(tuán)[5]對高壓富水砂卵石地層條件下的盾構(gòu)管片內(nèi)力與防水機(jī)理進(jìn)行了深入研究，明確了單層襯砌是合理的；張莎莎等[6]提出了富水砂卵石地層條件下，滿足最大河床沖刷深度的區(qū)間隧道縱斷面設(shè)計(jì)方案，明確了基于河床地形的沉降變形規(guī)律與抗震穩(wěn)定性；王樹華[7]針對成都地鐵1號線砂卵石粒徑大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，提出了增大刀盤開口率與優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)的理念，奠定了成都地區(qū)盾構(gòu)快速掘進(jìn)的基本思路；胡欣雨等[8]針對富水砂卵石地層中盾構(gòu)掘進(jìn)遇到的刀盤與螺旋輸送機(jī)磨損嚴(yán)重、排土困難及開挖面難以平衡等情況，提出了加泥式土壓盾構(gòu)與欠壓掘進(jìn)方法，在一定程度上提高了盾構(gòu)掘進(jìn)效率、減小了施工擾動；羅松等[9]提出了富水砂卵石地層盾構(gòu)掘進(jìn)地表滯后沉降的主要誘因及其應(yīng)對措施，對實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。這些既有研究成果主要集中在地層穩(wěn)定性控制與盾構(gòu)掘進(jìn)效率方面，很少對富水砂卵石地層盾構(gòu)掘進(jìn)相關(guān)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。

目前，對富水砂卵石地層條件下的盾構(gòu)隧道工程而言，隧道上浮與隧道軸線控制問題、盾構(gòu)施工擾動與開倉換刀問題、風(fēng)險源處理與環(huán)境保護(hù)問題等比較突出，因此本文針對近年來富水砂卵石地層盾構(gòu)施工中面臨的盾構(gòu)掘進(jìn)與管片拼裝技術(shù)、隧道上浮與隧道軸線控制技術(shù)、刀具檢修與開倉技術(shù)，以及風(fēng)險源處理技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出滿足工程質(zhì)量和周邊環(huán)境安全的富水砂卵石地層盾構(gòu)隧道施工成套技術(shù)。

1 盾構(gòu)掘進(jìn)與管片拼裝技術(shù)

1.1 基于土壓平衡盾構(gòu)的螺旋排土—泥膜支護(hù)工法

砂卵石地層條件下的盾構(gòu)法隧道一般以土壓平衡盾構(gòu)為主，但由于卵石土顆粒大小不一，細(xì)顆粒與膠結(jié)成分較少，經(jīng)常導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)土倉內(nèi)渣土塑流性與止水性難以滿足螺旋機(jī)工作需求，砂卵石地層中的盾構(gòu)法隧道經(jīng)常出現(xiàn)土倉上半斷面無法有效充填，導(dǎo)致出現(xiàn)半倉掘進(jìn)(欠壓掘進(jìn))，如圖1所示。而砂卵石地層條件下的泥水平衡盾構(gòu)，經(jīng)常由于大粒徑卵石的破碎問題制約泥漿管道順利運(yùn)輸。

圖1 砂卵石地層中盾構(gòu)半倉(欠壓)掘進(jìn)

鑒于常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)存在的缺陷與不足，針對性地提出一種集合土壓盾構(gòu)與泥水盾構(gòu)兩者優(yōu)點(diǎn)的新工法，即“螺旋排土—泥膜支護(hù)”盾構(gòu)工法?！奥菪磐痢嗄ぶёo(hù)”盾構(gòu)工法結(jié)合泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定的特點(diǎn)與土壓盾構(gòu)排土簡便的特點(diǎn)，運(yùn)用泥漿(泥膜)支護(hù)開挖面，同時使用螺旋排土器將渣土混合物排出，不僅解決了開挖面穩(wěn)定性難題，還解決了渣土排出難題，實(shí)現(xiàn)了富水砂卵石地層條件下土壓平衡盾構(gòu)的保壓掘進(jìn)，為施工微擾動控制奠定了基礎(chǔ)！對目前盛行的密閉式盾構(gòu)法隧道技術(shù)而言，是一項(xiàng)重要的技術(shù)革新！

“螺旋排土—泥膜支護(hù)”盾構(gòu)工法的本質(zhì)是基于渣土改良的土壓平衡盾構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于盾構(gòu)機(jī)土倉內(nèi)渣土的改良。為了改良土倉內(nèi)的渣土，即改善渣土的流動性和止水性，使渣土處于塑流狀態(tài)，可考慮往土倉內(nèi)注入高密度泥漿。根據(jù)砂卵石地層特性和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，往土倉內(nèi)注入高密度泥漿較為合理的比例為15%～25%(體積比)，從而使盾構(gòu)掘進(jìn)渣土通過螺旋排土器順利排出。

1.2 盾構(gòu)掘進(jìn)總推力

富水砂卵石地層條件下，由于渣土塑流性較差，很多情況下土倉上部分都很難填滿(見圖1)，因此很難實(shí)現(xiàn)真正意義上的土壓平衡掘進(jìn)模式，欠壓掘進(jìn)與地層損失不可避免，所以盾構(gòu)掘削面擠壓力Pg宜控制在靜止土壓力P0與主動土壓力Pa之間，主動土壓力Pa的計(jì)算公式為

(1)

其中，

Ka=tan2(45°-φ/2)

式中：Hw為水頭高度，m；h為隧道拱頂埋深，m；D為隧道外直徑，m；γw為水容重，kN·m-3；γ′為土體有效重度，kN·m-3；c為土體凝聚力，kPa；Ka為主動土壓力系數(shù)；φ為土體內(nèi)摩擦角。

考慮到盾殼與周圍地層之間的摩阻力Ff，盾構(gòu)機(jī)總推力F總可表示為

F總=Pg+Ff≥Pa+Ff

(2)

1)盾殼與周圍地層之間的摩阻力Ff

取單位長度隧道(受力示意圖詳見圖2)，以計(jì)算點(diǎn)處任意小的1塊豎向土條為研究對象，其寬度為a(土條與盾殼接觸面相應(yīng)高度為b)，土條高度為h′，水平土壓力σx與豎向土壓力σy的合力f指向隧道中心。計(jì)算中不考慮沿盾構(gòu)機(jī)軸向應(yīng)力σz，因?yàn)棣襷與隧道徑向垂直，在隧道徑向方向無分力。σx，σy及f的計(jì)算公式為

σy=γ′h′

(3)

σx=K0γ′h′

(4)

=γ′h′[(cosα)2+K0(sinα)2]

(5)

其中，

h′=h+R(1-cosα)

圖2 隧道結(jié)構(gòu)(盾構(gòu)機(jī))受力示意圖

式中：h′為計(jì)算點(diǎn)深度，m；K0為靜止土壓力系數(shù)；α為計(jì)算點(diǎn)與豎直方向交角(順時針方向)；R為隧道半徑，m。

由于隧道受力左右對稱，將f沿圓周方向進(jìn)行積分，并考慮盾殼與地層之間的摩擦系數(shù)μ，可得摩阻力Ff為

(6)

式中：L為盾構(gòu)機(jī)長度，m；μ為盾殼與地層之間的摩擦系數(shù)。

對式(6)進(jìn)行積分計(jì)算，可得

Ff=πLμRγ′(h+R)(1+K0)

(7)

以典型的3-9-3(中密卵石土)與3-9-4(密實(shí)卵石土)地層為研究對象，取隧道半徑R=3.2 m，盾構(gòu)機(jī)長度L=9.5 m，隧道拱頂埋深取10，15，20 m時，基于式(6)，盾殼四周摩阻力Ff的計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表1。

2)考慮修正摩阻力Ff的盾構(gòu)機(jī)總推力

根據(jù)式(2)得到考慮修正摩阻力后盾構(gòu)機(jī)總推力的計(jì)算公式為

(8)

盾構(gòu)隧道開挖輪廓D=6.28 m，水容重γw=10 kN·m-3，對于2種典型卵石土，隧道拱頂埋深取10，15，20 m，基于式(8)，考慮盾殼修正摩阻力時盾構(gòu)機(jī)總推力的計(jì)算參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 典型卵石土地層條件下不同隧道拱頂埋深對應(yīng)的盾殼四周摩阻力計(jì)算

表2 考慮盾殼修正摩阻力的盾構(gòu)機(jī)總推力

針對城市軌道交通工程較常遇到的2種典型卵石土，盾構(gòu)機(jī)總推力與盾殼摩阻力隨隧道拱頂覆土厚度的變化曲線如圖3所示。其中，當(dāng)?shù)罔F車站為地下2層站時，隧道拱頂埋深一般在10～20 m，此時隧道洞身范圍內(nèi)遇到中密砂卵石土地層的情況相對較多；對于地下3層站而言，此時隧道拱頂埋深一般在15～25 m，此時隧道洞身范圍內(nèi)遇到密實(shí)砂卵石土地層的情況相對較多。

由圖3可知：中密卵石土地層條件下，盾構(gòu)隧道拱頂埋深一般在10～20 m之間，所以盾構(gòu)機(jī)總推力宜維持在1 500～2 300 t之間，密實(shí)卵石土地層條件下，盾構(gòu)隧道拱頂埋深一般在15～25 m之間，所以盾構(gòu)機(jī)總推力宜維持在2 400～3 200 t之間。

1.3 盾構(gòu)施工微擾動控制與中盾注漿技術(shù)

由表2可知，砂卵石土地層條件下，在盾構(gòu)機(jī)總推力組成中，盾殼摩阻力占比一般在56%～61%之間，隨著隧道埋深的增大，占比有減小趨勢。

對于砂卵石土地層普通隧道直徑的盾構(gòu)機(jī)而言，額定推力在3 500 t左右，最大推力一般在3 600～4 200 t之間。如果盾構(gòu)總推力過大，必將導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難以控制、轉(zhuǎn)彎與糾偏困難、影響管片拼裝與掘進(jìn)軸線控制。因此，為了實(shí)現(xiàn)微擾動施工控制目標(biāo)，在盾構(gòu)掘削面水土壓力變化不大的情況下，應(yīng)采取措施減小盾殼摩阻力。

圖3 典型卵石土地層條件下盾殼摩阻力與盾構(gòu)機(jī)總推力變化曲線

為此，基于中盾注漿技術(shù)，通過盾殼四周設(shè)置的徑向注漿孔將惰性漿液注入盾殼與地層之間的空隙，可顯著減小盾殼與地層之間的摩擦效應(yīng)，減小盾殼摩阻力，減小盾構(gòu)機(jī)總推力；同時，還可及時填充盾構(gòu)施工過程仔由于刀盤超挖造成的盾體與土體之間的空隙，隔離土倉掘進(jìn)壓力和盾尾同步注漿壓力，最大程度地減緩盾尾空隙與地層沉降趨勢。

中盾注漿所用漿液應(yīng)以惰性漿液為主，防止?jié){液凝固硬化將盾殼抱死。惰性漿液可視地層情況考慮采用克泥效(clay shock)[10]，克泥效是將黏土與強(qiáng)塑劑以一定比例混合后形成的高黏度、不硬化的可塑性黏土，惰性漿液現(xiàn)場試驗(yàn)如圖4所示。

當(dāng)采用中盾注漿技術(shù)在盾殼四周注入惰性漿液后，對于中密卵石土和密實(shí)卵石土地層條件，經(jīng)測試，盾殼與卵石層之間的摩擦系數(shù)分別減小為0.17和0.22[11]，仍采用表1和表2的計(jì)算參數(shù)，盾殼摩阻力和盾構(gòu)機(jī)總推力隨著隧道埋深逐漸增加的變化曲線如圖5所示。

圖4 惰性漿液現(xiàn)場試驗(yàn)

圖5 中盾注漿后典型卵石土地層條件下盾殼摩阻力和盾構(gòu)機(jī)總推力變化曲線

對比圖3與圖5可知：采用中盾注漿后，盾殼摩阻力顯著降低，盾構(gòu)總推力相應(yīng)降低；其中中密卵石土地層中，盾構(gòu)總推力為800～1 300 t，這是由于盾殼摩阻力下降約70%，在總推力中的占比由55%～61%下降至20%～23%；在密實(shí)卵石土地層中，盾構(gòu)總推力為1 200～2 100 t，這是由于盾殼摩阻力下降約82%，在總推力中的占比由58%～61%下降至20%～22%。

由以上分析可知，采用中盾注漿后，可使盾構(gòu)總推力減少近一半，從而極大地增加了盾構(gòu)糾偏、轉(zhuǎn)彎的能力，更為重要的是減少了掘進(jìn)擾動與超挖，在盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險源地段宜推廣應(yīng)用。

1.4 大比重漿液(厚漿)同步注漿技術(shù)

富水砂卵石地層中，由于地下水豐富且滲透系數(shù)大，因此漿液注入盾尾空隙后存在被稀釋、隨地下水流動的可能，再加上盾構(gòu)掘進(jìn)超挖的影響，導(dǎo)致盾尾空隙難以被漿液有效充填，地層空洞與地面突然坍塌現(xiàn)象屢見不鮮。

常規(guī)的單液可硬性漿液(水泥砂漿)初凝時間長(一般在5～8 h)，注入盾尾空隙被地下水稀釋嚴(yán)重，如圖6所示，無法確保盾尾空隙有限范圍的有效充填。

圖6 盾尾后方管片注漿孔打開后地下水涌出

改用大比重漿液(厚漿)，其質(zhì)量配合比見表3，具有較高的比重，為1 893 kg·m-3，屈服強(qiáng)度隨時間的變化見表4。采用大比重漿液，從根本上解決了常規(guī)單液漿較好的塑流性與較高的早期強(qiáng)度之間的矛盾！同時具有較好的抗水分散性，能滿足盾尾后方三維空間的有效充填，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)管片與地層有效接觸，確保地層穩(wěn)定與環(huán)境控制的目標(biāo)，大比重漿液(厚漿)泵送情況如圖7所示。

表3 大比重漿液質(zhì)量配合比 (單位：kg)

表4 大比重漿液屈服強(qiáng)度隨時間的變化

1.5 管片拼裝技術(shù)

眾所周知，由于管片接縫的存在，導(dǎo)致成型后的盾構(gòu)法隧道縱向剛度相對較低，管片接縫的螺栓預(yù)緊力是控制接縫剛度與縱向穩(wěn)定性的重要參數(shù)。管片接縫螺栓預(yù)緊力對管片接縫張開量、錯臺與踏步、螺栓孔處管片的碎裂與滲漏，以及管片襯砌的耐久性都有一定影響。

管片接縫的螺栓預(yù)緊力并不是越大越好，當(dāng)管片脫出盾尾時，由于隧道平均密度(視密度)遠(yuǎn)小于漿液密度，因此液態(tài)漿液將導(dǎo)致盾尾后方一定范圍內(nèi)隧道出現(xiàn)上浮趨勢，過大的螺栓預(yù)緊力可能會使螺栓屈服，導(dǎo)致接縫張開、滲漏加劇、管片碎裂，進(jìn)而導(dǎo)致盾尾后方隧道縱向上浮趨勢更加明顯。

一般情況下，城市軌道交通盾構(gòu)隧道管片螺栓擰緊力矩M的計(jì)算公式為

M=Pd(k1+k2+k3)

(9)

式中：P為螺栓軸向預(yù)緊力，kN；k1為螺母與支撐面間摩擦力矩系數(shù)；k2為螺旋副間摩擦力矩系數(shù)；k3為擰緊力矩用于產(chǎn)生螺栓軸向力相應(yīng)力矩，N·m。

對于一般的城市軌道交通，管片螺栓最大強(qiáng)度等級為8.8級，相應(yīng)的螺栓公稱直徑d=30 mm，k1=0.5，k2=0.4，k3=0.1，螺栓軸向預(yù)緊力P=359.04 kN，采用式(8)計(jì)算可得螺栓擰緊力矩M=1 292.54 M·(N·m)-1。扳手作用于螺栓的力矩為隧道內(nèi)手動扳手或氣動扳手施加的總力矩，通常取計(jì)算螺栓擰緊力矩的0.8倍作為實(shí)際應(yīng)用的擰緊力矩控制值，即1 292.54×0.8=1 034.04 N·m。由計(jì)算結(jié)果可知，螺栓屈服條件下對應(yīng)的最大擰緊力矩不足1 300 N·m，實(shí)際工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制最大值不超過1 034 N·m，避免擰緊力矩過大導(dǎo)致螺栓屈服，影響接縫密封效果與錯臺控制。

2 盾尾后方隧道上浮與隧道軸線控制技術(shù)

2.1 盾尾后方隧道上浮機(jī)理分析

根據(jù)文獻(xiàn)[12]的研究成果可知，盾尾后方隧道上浮的根本原因是由于液態(tài)漿液包裹與豎向不平衡地層力所致，并且根據(jù)隧道上浮范圍與影響程度，可以將上浮范圍分成2個階段，即盾尾空隙范圍內(nèi)的上浮與突破盾尾空隙影響隧道上覆土體穩(wěn)定性的上浮，如圖8所示。

圖8 盾尾后方隧道(管片)上浮兩階段示意圖

對于富水砂卵石土地層而言，由于地層膠結(jié)性差，大顆粒相對較多(最大粒徑一般可達(dá)到50～60 cm)，因此理論上14 cm的盾尾三維環(huán)狀空間，經(jīng)常由于超挖與地層擾動，擴(kuò)大至25～30 cm，再加上地層滲透系數(shù)較大、地下水壓力較大，因此給盾尾后方隧道上浮提供了條件，經(jīng)常導(dǎo)致盾尾后方隧道上浮超限、隧道軸線難以有效控制，因此第1階段的上浮，是富水砂卵石土地層中隧道上浮的主要形式。

2.2 隧道上浮控制措施

針對高壓富水砂卵石土地層的特性，為確保隧道成型質(zhì)量、滿足安全運(yùn)營的限界要求，可主要從以下幾方面控制盾尾后方管片的上浮。

1)盾尾后方隧道上浮機(jī)理與大比重漿液應(yīng)用

從根本上抑制隧道上浮的措施是提高盾尾空隙內(nèi)漿液的初始屈服強(qiáng)度，利用漿液的屈服強(qiáng)度抑制盾尾空隙范圍內(nèi)隧道的上浮。由于大比重漿液具有較高的初始屈服強(qiáng)度，較好的工作性能(流動性與抗水分散性)，因此建議考慮采用大比重漿液及時充填盾尾空隙，確保盾尾后方成型隧道與地層間的有效接觸，利用大比重漿液的初始屈服強(qiáng)度抑制盾尾后方隧道上浮。

2)加強(qiáng)隧道縱向剛度

通過增大縱向連接螺栓等級、隧道內(nèi)縱向槽鋼聯(lián)結(jié)(如圖9所示)，以及適當(dāng)減少甚至不用環(huán)縫傳力襯墊等措施提高隧道縱向的整體剛度。

3)隔斷隧道縱向水流通道、減小上浮力

從行車與節(jié)能角度出發(fā)，城市地鐵隧道一般沿縱向呈“V”字形，當(dāng)盾構(gòu)沿下坡掘進(jìn)且縱坡較大時，地下水將會聚集于開挖面附近，這將進(jìn)一步加劇盾尾后方管片的上浮，因此可通過雙液漿打“環(huán)箍”或設(shè)置“止水環(huán)”的方式，隔斷縱向水流通道，減小盾尾后管片的上浮力。其中，“止水環(huán)”管片現(xiàn)場施工情況如圖10所示。

圖9 隧道內(nèi)管片采用縱向槽鋼聯(lián)結(jié)

圖10 “止水環(huán)”管片施工現(xiàn)場

4)嚴(yán)格控制切向分力

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)沿著平曲線或豎曲線段掘進(jìn)時，千斤頂反力在隧道曲線段切線方向的分力作用，將會導(dǎo)致盾尾管片出現(xiàn)向曲線外側(cè)位移趨勢。研究表明[13]：當(dāng)豎向分力增加250 kN時，盾尾隧道上浮量增加15 mm(尤其是高壓富水地層)。因此，實(shí)際工程中，需嚴(yán)格控制曲線外側(cè)的千斤頂荷載，嚴(yán)格控制切向分力。

在實(shí)際工程中，當(dāng)盾尾后方隧道上浮導(dǎo)致隧道軸線難以控制時，經(jīng)常采用壓低軸線掘進(jìn)的方法進(jìn)行處理，這不但違背了盾構(gòu)法隧道沿設(shè)計(jì)軸線高精度推進(jìn)的基本原理[13]，也加大了盾尾后方管片碎裂與滲漏的風(fēng)險，因此應(yīng)慎重采用！

3 盾構(gòu)刀具檢修與開倉技術(shù)

一般情況下，富水砂卵石地層中掘進(jìn)時，當(dāng)掘進(jìn)長度超過500 m時，就需要考慮刀盤檢修與刀具更換[14]，以保證盾構(gòu)機(jī)順利掘進(jìn)，并保證周邊環(huán)境風(fēng)險的可控。

從工程風(fēng)險、造價與工期方面綜合考慮，一般以常壓換刀方式為主，富水砂卵石地層條件下的常壓換刀常采用降水結(jié)合地層加固(如素樁)的方法進(jìn)行處理。然而，在臨近河流或湖泊，或周邊存在重大風(fēng)險源時，降水效果難以保證或素樁無實(shí)施空間，常規(guī)方法實(shí)施存在較大的安全隱患，此時針對性地提出了塑性漿液“泥墻”(如衡盾泥)技術(shù)。該技術(shù)通過向土倉內(nèi)注入衡盾泥，對渣土進(jìn)行逐步置換，并在開挖面形成“泥墻”，實(shí)現(xiàn)常壓換刀與刀盤檢修?！澳鄩Α睂?shí)施效果如圖11所示。

圖11 “泥墻”實(shí)施效果

塑性漿液可通過對無機(jī)物黏土改性得到，即通過塑化劑反應(yīng)，形成一種高黏性泥漿。利用“泥墻”的保護(hù)，土倉內(nèi)壓力可保持在300 kPa左右，相應(yīng)水頭高度為30 m，完全可滿足城市軌道交通盾構(gòu)法隧道刀盤檢修與刀具更換的需要，且具有較高的可靠性，應(yīng)在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

4 風(fēng)險源處理與地層加固技術(shù)

對于富水砂卵石地層，常規(guī)的預(yù)注漿地層加固效果有限，難以滿足重要構(gòu)筑物的保護(hù)需求。因此提出了鋼管隔離樁與袖閥管跟蹤注漿技術(shù)。鋼管隔離樁主要用于盾構(gòu)隧道與重要構(gòu)筑物有條件被有效隔離的情況，如圖12和圖13所示(袖閥管跟蹤注漿用于盾構(gòu)穿越老舊民房與大片密集村莊的情況)。

圖12 盾構(gòu)側(cè)穿肖家河(中水管)鋼管隔離樁設(shè)計(jì)方案

圖13 盾構(gòu)側(cè)穿肖家河(中水管)鋼管隔離樁實(shí)施現(xiàn)場

鋼管隔離樁的工作機(jī)理是：利用鋼管自身剛度與內(nèi)部壓注的微膨脹水泥砂漿加上內(nèi)插型鋼，在盾構(gòu)隧道與被保護(hù)構(gòu)筑物之間設(shè)置1排或多排(梅花形布置)，隔斷盾構(gòu)掘進(jìn)地層擾動的傳播途徑，隔斷附加應(yīng)力傳播路徑，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)周邊重要構(gòu)筑物的目的。

鋼管隔離樁與水平面的夾角可控制在45°～90°之間，考慮成孔擾動影響，尤其在大粒徑卵石較多的情況下，與被保護(hù)構(gòu)筑物最小凈距應(yīng)控制在3 m左右，鋼管長度與平面布置應(yīng)能滿足隔離被保護(hù)構(gòu)筑物的要求[15]。

在現(xiàn)場實(shí)際施工中，必須采取措施確保隔離樁成孔工藝，根據(jù)砂卵石粒徑大、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施情況，可考慮采用潛孔鉆跟管鉆進(jìn)工藝，確保成孔角度與長度滿足設(shè)計(jì)方案要求。

5 結(jié)論與建議

(1)富水砂卵石土地層中盾構(gòu)總推力中盾殼摩阻力占了很大比重，可考慮采用中盾注漿(惰性漿液)的方法減小盾殼摩阻力，從而減小總推力，增加盾構(gòu)掘進(jìn)的靈敏度與可控性；同時應(yīng)控制管片螺栓最大擰緊力矩，避免螺栓屈服，減小管片碎裂、接縫張開與滲漏風(fēng)險。

(2)大比重漿液可確保盾尾空隙有效充填與盾尾后方隧道的縱向穩(wěn)定性，螺旋排土—泥膜支護(hù)工法同時具有泥水盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定與土壓盾構(gòu)排土簡便的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的保壓掘進(jìn)與微擾動施工控制，建議在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

(3)富水砂卵石土地層中盾尾后方隧道上浮主要集中在盾尾空隙范圍內(nèi)，可綜合考慮采用大比重漿液、增加隧道縱向剛度、隔斷隧道縱向水流通道、嚴(yán)格控制切向分力等措施綜合治理，壓低隧道軸線掘進(jìn)的方法不利于成型隧道質(zhì)量控制，應(yīng)慎重采用。

(4)塑性漿液可在開挖面形成“泥墻”，并使土倉內(nèi)保持0.3 MPa左右的穩(wěn)定壓力，可基本滿足盾構(gòu)刀具更換的需要，建議在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

(5)富水砂卵石地層中重要構(gòu)筑物的保護(hù)，可考慮采用工藝靈活、效果可控的鋼管隔離樁技術(shù)。