劉 濱

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司 山東濟(jì)南 050061）

1 引言

隨著空間地下工程技術(shù)的發(fā)展，目前泥水盾構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于市政項(xiàng)目工程中［1-4］。以往盾構(gòu)推進(jìn)過程中，過井方式主要采用“接收、始發(fā)”的工法實(shí)施，該過井工法具有工序多、周期長、風(fēng)險(xiǎn)大、難度高等特點(diǎn)?，F(xiàn)有盾構(gòu)中間風(fēng)井位于湘江臨岸兩側(cè)，該施工地層地質(zhì)條件復(fù)雜，地層滲水系數(shù)高，且掘進(jìn)過程中使用泥水盾構(gòu)施工，對接收、始發(fā)的密封性要求更高，借鑒以往的工程經(jīng)驗(yàn)針對該工程采用砂漿回填方式穿越中間風(fēng)井。目前關(guān)于盾構(gòu)中間風(fēng)井施工，國內(nèi)學(xué)者主要展開以下研究：陳應(yīng)舉［5］通過合理排管，控制掘進(jìn)參數(shù)，解決了土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在長距離、曲線段下，盾構(gòu)機(jī)沿曲線軌跡直接掘進(jìn)穿越區(qū)間風(fēng)井技術(shù)難題；張平［6］將塑性混凝土及水泥改性土應(yīng)用于某工程盾構(gòu)風(fēng)井回填施工，并得到施工地層下混合材料最佳配比；常鑫［7］針對沈陽富水卵石層地層，采用一井多用降水先施工風(fēng)井負(fù)三層底板及側(cè)墻等方法解決盾構(gòu)在高水壓地層中穿越中間風(fēng)井的施工難題；孔德法［8］通過運(yùn)用砂漿回填法成功解決了短距離盾構(gòu)曲線穿越中間風(fēng)井的施工難題；崔懷春［9］通過調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保證盾構(gòu)順利穿越中間風(fēng)井玻璃纖維筋圍護(hù)樁地段；彭長勝［10］提出了超深中間風(fēng)井圍護(hù)、止水降水方案、盾構(gòu)穿越中間風(fēng)井等關(guān)鍵技術(shù)，解決超深風(fēng)井的高風(fēng)險(xiǎn)問題；姜春陽［11］結(jié)合工程從混凝土接收托、架澆筑安裝、盾構(gòu)姿態(tài)控制、管片拼裝等方面詳細(xì)介紹了盾構(gòu)機(jī)過小凈空中間風(fēng)井的控制要點(diǎn)；徐錦飛［12］從地基加固、風(fēng)井軸線優(yōu)化、基座安裝、負(fù)環(huán)拼裝等角度介紹了大直徑泥水盾構(gòu)穿越中間風(fēng)井的技術(shù)措施?，F(xiàn)以長沙市軌道交通3號線越江隧道工程為例，介紹了在該富水復(fù)雜地層下采用砂漿回填法直接穿越中間風(fēng)井施工技術(shù)的參數(shù)設(shè)置以及相關(guān)控制措施。

2 工程概況

長沙市軌道交通3號線一期工程SG-05標(biāo)段，包含一站一區(qū)間，即靈官渡站和阜埠河站～靈官渡站區(qū)間。標(biāo)段起自阜埠河站，區(qū)間線路出阜埠河站后向東北方向前穿行在天馬路下，然后橫跨瀟湘中路、湘江西汊、橘子洲和湘江東汊，橫穿湘江中路，最后沿著勞動西路往東約300m，而后接入靈官渡站。施工線路段總長為2.65 km，本區(qū)間共設(shè)3個聯(lián)絡(luò)通道，2個區(qū)間風(fēng)井，分別為東岸風(fēng)井、西岸風(fēng)井。施工區(qū)間采用盾構(gòu)法，區(qū)間風(fēng)井采用明挖法施工，施工走線示意見圖1。

圖1 阜～靈區(qū)間線路走向示意

2.1 工程地質(zhì)

（1）西岸風(fēng)井段地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告并結(jié)合實(shí)際開挖情況，得到了阜～靈區(qū)間西岸風(fēng)井地層自上而下依次為：雜填土層、素填土層、淤泥質(zhì)土層、沖積粉質(zhì)黏土層、沖積粉土層、沖積中砂層、沖積圓礫層、沖積卵石層、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，其中風(fēng)化砂巖含量高達(dá)70%以上。

（2）盾構(gòu)穿越地層情況

西岸風(fēng)井地下水位標(biāo)高約31.2 m，位于粉質(zhì)黏土層，隧道拱頂以上地層及隧道范圍全斷面主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖。其中強(qiáng)風(fēng)化砂巖分布在湘江西河汊及以西，巖體質(zhì)量為Ⅳ級，層頂標(biāo)高為-31.90～32.62 m，層頂埋深為0.50～54.70 m，揭露層厚度為0.40～34.40 m，平均揭露厚度為3.90 m，平均標(biāo)貫擊數(shù)為65.5擊。中風(fēng)化砂巖主要分布在湘江西河汊及以西，巖體質(zhì)量等級為Ⅳ級，層頂標(biāo)高為-27.85～29.99 m，層頂埋深為1.80～52.90 m，揭露層厚度為0.49～36.24 m，平均揭露厚度為3.69 m。

2.2 水文地質(zhì)

阜～靈區(qū)間西岸風(fēng)井勘察所揭露的地下水水位埋藏深淺不一，根據(jù)勘察得到本場地地下水位標(biāo)高為31.20 m。地下水位的變化與地下水的賦存，補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切，并受季節(jié)變化影響，年變化幅度2～5 m，根據(jù)場地地形條件，勘察的水位以及長沙市年水位變化幅度綜合考慮抗浮水位，本工點(diǎn)抗浮水位標(biāo)高為37.8 m。

3 工程重難點(diǎn)分析

3.1 地表情況復(fù)雜

風(fēng)井周圍環(huán)境復(fù)雜，北側(cè)臨近商業(yè)樓房，南側(cè)臨近天馬路，總拆遷面積6 824 m2，拆遷量大，協(xié)調(diào)難度大。且風(fēng)井周邊管線密布（燃?xì)狻⒆詠硭⑼ㄓ嶋娎|、高壓電纜等），盾構(gòu)接收、始發(fā)存在洞門坍塌、洞門涌水、地面沉降塌陷等風(fēng)險(xiǎn)，因此可能造成隧道被淹，地面道路塌陷等工程事故，故對盾構(gòu)進(jìn)出洞施工要求高。

3.2 高水壓富水地層

現(xiàn)有施工段地下水主要為松散層孔隙水、層狀基巖裂隙水，測得潛水位初見水位埋深約2.5～6.8 m，水位標(biāo)高為29.47～32.95 m，抗浮水位標(biāo)高35.3 m。風(fēng)井洞門處于高水壓富水地層中，雖然已經(jīng)進(jìn)行了端頭加固，但受制于地層條件和加固方式的影響，加固土體難以達(dá)到理想效果，且土層遇水后，強(qiáng)度降低，容易崩塌涌水。

3.3 地層分布復(fù)雜

盾構(gòu)隧道分別穿越了砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、細(xì)砂巖、中風(fēng)化灰?guī)r等地層，其中強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層占比為35%，中風(fēng)化砂巖地層占比為25%，細(xì)砂巖地層占比為9%，泥質(zhì)灰?guī)r地層占比為1%，中風(fēng)化灰?guī)r地層占比為2%。由此可以看出現(xiàn)有地層分布軟硬不均，且地層中斷裂帶間隙較多，在實(shí)際施工過程中容易引發(fā)地表沉降，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中易造成盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩過大，刀具消耗嚴(yán)重。

3.4 施工質(zhì)量高

現(xiàn)有施工中，盾構(gòu)進(jìn)出洞時刀盤平面偏差允許值：平面≤±20 mm、高程15 mm，需要防止盾構(gòu)軸線與洞門軸線偏離過大，以至盾構(gòu)機(jī)卡在洞門處，進(jìn)而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法沿軸線方向進(jìn)出洞。同時需要嚴(yán)格控制風(fēng)井內(nèi)砂漿回填質(zhì)量及厚度，尤其是盾構(gòu)機(jī)底部砂漿回填的質(zhì)量，必須保證回填密實(shí)，且與洞門形成良好銜接。

4 富水復(fù)雜地層盾構(gòu)機(jī)過風(fēng)井的施工技術(shù)措施

4.1 富水復(fù)雜地層盾構(gòu)穿越風(fēng)井施工方案

如圖2所示，盾構(gòu)風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)由底板、負(fù)五層側(cè)墻、中四板、負(fù)四層、中三板組成。為減少回填砂漿用量，部分回填材料利用設(shè)計(jì)C20細(xì)石混凝土替代，其余采用M7.5砂漿回填，總計(jì)回填的厚度為9.2m、回填方量2 860m3，其中混凝土回填厚度1.2 m、回填方量220 m3，砂漿回填厚度為8 m、回填方量2 640 m3。砂漿回填前在主體結(jié)構(gòu)頂面及立面粘貼6 mm厚PE泡沫板，既避免主體結(jié)構(gòu)受到破壞，保護(hù)了主體結(jié)構(gòu)，又便于砂漿的破除清理。

圖2 盾構(gòu)穿越風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)

針對上述中間風(fēng)井段結(jié)構(gòu)，砂漿回填過程中采取的應(yīng)對措施有：

（1）盾構(gòu)施工區(qū)間分為2段，即端頭加固區(qū)、風(fēng)井砂漿回填區(qū)，為有效控制西岸風(fēng)井沉降，端頭加固區(qū)切口壓力控制在2.5～3.0 bar，風(fēng)井砂漿回填區(qū)控制0.8～1.0 bar（由于回填砂漿形成的掌子面自立性較好，且無裂隙水，因此，可以采取低壓模式推進(jìn)，有助于提高環(huán)流系統(tǒng)泥漿攜渣能力）。

（2）根據(jù)前期盾構(gòu)掘進(jìn)情況，端頭加固區(qū)段掘進(jìn)因沉降控制要求不宜過快，盾構(gòu)的推進(jìn)速度宜保持15～20 mm／min，刀盤轉(zhuǎn)速1.2～1.5 r／min，推力宜為15 000～20 000 kN；風(fēng)井砂漿回填區(qū)掘進(jìn)，掘進(jìn)速度應(yīng)降低至10～15 mm／min，同時提高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速宜控制在1.5～1.8 r／min，扭矩為12 000～15 000 kN；當(dāng)推進(jìn)速度小于3 mm／min時，且扭矩達(dá)到了額定扭矩的80%～90%，推力達(dá)到30 000 kN時應(yīng)考慮刀盤及刀具磨損，必要時停機(jī)查換刀具。

（3）為保證盾構(gòu)掘進(jìn)防洪堤砂層以及加固體風(fēng)井過程中，既能保證掘進(jìn)掌子面穩(wěn)定，同時滿足攜渣、出渣要求，盾構(gòu)端頭加固區(qū)泥漿比重控制在1.05～1.15 g／cm3，黏度控制在 22～28 s；風(fēng)井砂漿回填區(qū)泥漿比重控制在1.15～1.20 g／cm3，黏度控制在28～35 s。

（4）為充分充填地層空隙，避免地表沉陷等有害影響，通過實(shí)踐確定了合理的注漿壓力為0.2～0.3 MPa，過端頭加固段注漿量按照1.3～1.5倍的充填系數(shù)，注漿量為5.3～6.2 m3，風(fēng)井段考慮到回填混凝土密實(shí)性好，按照1.1倍的充填系數(shù)，注漿量為4.5 m3。

4.2 測量和姿態(tài)控制

為防止盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)刀盤卡死以及“磕頭”等現(xiàn)象，需要實(shí)時對盾構(gòu)掘進(jìn)工況下盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行測量和控制，具體措施如下：

（1）手動測量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)出洞時盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)偏差控制指標(biāo)為：水平方向偏差≤±20 mm，豎直方向偏差控制在15 mm。為滿足該需求，需分段對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)展開測試。距離開挖風(fēng)井150～200 m處，對洞門處所有測點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核測量；分別在距離洞門100 m和50 m處對激光導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核測量；距離貫通前50 m處，根據(jù)實(shí)測豎井位置對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

（2）施工洞門二次測量

盾構(gòu)機(jī)到達(dá)洞門前需提前對盾構(gòu)機(jī)與洞門間的相對位置進(jìn)行測量，其中測量的項(xiàng)目涵蓋了兩者中心點(diǎn)位偏差以及洞門的全圓半徑等參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)對洞門位置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

（3）盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整策略

根據(jù)上述測量結(jié)果，制定對應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整方案，結(jié)合工程實(shí)踐將盾構(gòu)機(jī)調(diào)整至預(yù)定位置。盾構(gòu)機(jī)在貫通洞門施工過程中需要考慮盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度慢，盾體出現(xiàn)下沉等因素，因此一般會在貫通末端處將盾構(gòu)機(jī)抬高一定的距離（現(xiàn)有工程中為15 mm），同時增加位置測量頻率，以此有效地控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。

4.3 回填砂漿及管片拆除

待左右線盾構(gòu)機(jī)順利通過井后，在風(fēng)井地連墻與隧道銜接處管片實(shí)施止水環(huán)箍，對外部水道封堵，然后進(jìn)行風(fēng)井內(nèi)回填砂漿及管片拆除。針對回填砂漿采用人工結(jié)合炮機(jī)方式進(jìn)行破除，即挖機(jī)破除至距側(cè)墻20 cm距離時，人工使用風(fēng)鎬和鐵鍬破除清理剩余砂漿，嚴(yán)禁直接使用炮機(jī)破除靠近側(cè)墻處回填砂漿，操作示意如圖3所示。

圖3 砂漿破除示意

砂漿回填完成后，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)一段距離后需要對風(fēng)井段填埋管片進(jìn)行拆除，結(jié)合現(xiàn)有工程提出當(dāng)盾構(gòu)距離始發(fā)掘進(jìn)處100 m時，且管片注漿強(qiáng)度達(dá)到已有的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，此時管片提供的摩阻力已大于盾構(gòu)機(jī)額定最大推力，便可清理剩余砂漿和管片?，F(xiàn)有工程在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至67環(huán)（100.5 m）開始進(jìn)行拆除工作。綜合考慮風(fēng)井內(nèi)管片安裝特點(diǎn)及回填砂漿挖除方式，管片拆除和回填砂漿同時交錯進(jìn)行，首先人工結(jié)合炮機(jī)清除管片腰部以上回填砂漿，然后拆除風(fēng)井內(nèi)左右線管片，最后破除清理剩余回填砂漿，操作示意如圖4所示。

圖4 管片拆除示意

5 施工效果

現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)順利穿越阜埠河站～靈官渡站區(qū)間風(fēng)井，隧道成型質(zhì)量較好，回填過程中地表沉降量控制良好，有效防止地下滲水，提高施工效率，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，目前阜埠河站、靈官渡站4個洞門已施工完畢，施工質(zhì)量良好。