蘭東雙

(濟(jì)寧壯觀建筑工程有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

1 概述

工程中遇到的孤石主要有3種類型：殘積巖層內(nèi)的球狀微風(fēng)化巖塊、沉積地層內(nèi)的孤石和人工填石。由于孤石的分布是隨機(jī)的，前期地勘很難完全探明其存在情況，因此造成盾構(gòu)施工中的困難。孤石很難被盾構(gòu)機(jī)滾刀切割，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，孤石或被刀盤的旋轉(zhuǎn)推力彈開(kāi)或被推向隧道旁邊，可能會(huì)擠壓盾構(gòu)機(jī)使其偏離方向；如果土質(zhì)太差不能固定孤石，孤石會(huì)隨著土體的破壞而移動(dòng)，在刀盤前循環(huán)，最終造成刀具損壞。孤石對(duì)盾構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為刀具磨損嚴(yán)重、刀盤變形、刀盤堵塞、盾構(gòu)機(jī)偏離線路等。

孤石處理方法主要有3種：①盾構(gòu)機(jī)直接破除。若工期緊且對(duì)地表變形要求較低時(shí)可以采用此方法。掘進(jìn)時(shí)參數(shù)改為低轉(zhuǎn)速、小推力、低扭矩。此種方法的風(fēng)險(xiǎn)較大，推進(jìn)速度慢，極有可能出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)偏離原設(shè)計(jì)軸線的情況。②洞外人工破除。該方法為常采用的孤石處理方法，具體有地面注漿加固、鉆孔爆破、地面沖孔破碎等。洞外破除工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，效果好，但是成本和人工費(fèi)均較高。③洞內(nèi)人工破除。包括盾構(gòu)機(jī)超前注漿、巖石分裂機(jī)破碎等。超前注漿是指通過(guò)盾構(gòu)機(jī)上預(yù)留的超前注漿孔對(duì)地層進(jìn)行注漿加固；巖石分裂機(jī)指的是直接開(kāi)艙破碎掌子面孤石。洞內(nèi)人工破除對(duì)地質(zhì)條件的要求較高，同時(shí)施工也存在一定風(fēng)險(xiǎn)。本文結(jié)合某軌道交通工程為背景，介紹采用超前導(dǎo)洞注漿加固地層處理孤石的新方法。

2 工程概況

本工程所在場(chǎng)地地質(zhì)從上到下依次為：素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土及全、強(qiáng)、弱風(fēng)化混合片麻巖。盾構(gòu)區(qū)間穿越大量居民住宅樓以及工業(yè)廠房、辦公樓，表1為該段巖土體物理力學(xué)參數(shù)表。盾構(gòu)隧道內(nèi)徑3.85 m，管片厚度0.4 m。地勘資料顯示，該段隧道位于上軟下硬地層，且隧道洞身及上方地層中存在孤石，地下水豐富。在掘進(jìn)施工過(guò)程中，通過(guò)土倉(cāng)觀察掌子面存在大量孤石。孤石進(jìn)入土倉(cāng)后，不能由螺旋機(jī)排出，對(duì)刀盤及土倉(cāng)內(nèi)攪拌棒造成破壞，需采用人工清理；由于掌子面堆積大量孤石，使盾構(gòu)機(jī)無(wú)法繼續(xù)掘進(jìn)。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)表

注：()內(nèi)為綜合摩擦角

該工程盾構(gòu)區(qū)間穿越大量房屋，并且孤石區(qū)域地表建筑物密集，不具備從地表注漿或者鉆孔爆破的條件；該段的地層條件較差，無(wú)法采用直接開(kāi)艙處理孤石的方法，因此采用超前暗挖導(dǎo)洞方式對(duì)左右線孤石段地層進(jìn)行加固。

3 暗挖導(dǎo)洞施工方法

暗挖導(dǎo)洞位于直線段左右線盾構(gòu)隧道中間，須先破除部分盾構(gòu)管片。從GDK18+918.3處右線盾構(gòu)隧道管片開(kāi)洞后，以13.186%上坡，至GDK18+918.3里程時(shí)，變?yōu)榕c左右線縱坡相同的26.5‰上坡，直至導(dǎo)洞終點(diǎn)。

暗挖導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)為直墻拱頂結(jié)構(gòu)，僅施作初期支護(hù)，由噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架組成，為增加底板剛度，在底板上方施作200 mm厚C30鋼筋混凝土底板，結(jié)構(gòu)凈高3.5 m，凈寬3.5 m。

暗挖導(dǎo)洞采用上下臺(tái)階法施工。采用洞內(nèi)注漿加固止水方式，從洞內(nèi)于管片開(kāi)洞處先采用小導(dǎo)管超前預(yù)注漿，進(jìn)行地層加固和止水。在加固到達(dá)預(yù)期效果后，方可進(jìn)行導(dǎo)洞施工。

導(dǎo)洞向盾構(gòu)隧道拱頂打設(shè)φ108管棚并對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面及拱頂實(shí)施注漿加固。

4 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

4.1 開(kāi)洞管片加固

管片開(kāi)洞前，先對(duì)暗挖導(dǎo)洞兩側(cè)各4環(huán)管片進(jìn)行鋼支撐加固，然后于管片開(kāi)洞處設(shè)置注漿管進(jìn)行全斷面注漿加固，待注漿加固完成后，再進(jìn)行暗挖通道的開(kāi)挖。

對(duì)施工影響范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道進(jìn)行鋼支撐加固，并對(duì)影響范圍進(jìn)行全斷面注漿加固，待暗挖導(dǎo)洞達(dá)到預(yù)期加固效果后，對(duì)管片進(jìn)行切割及開(kāi)洞環(huán)梁施工，待完成受力體系轉(zhuǎn)換后方可進(jìn)行礦山法施工。導(dǎo)洞進(jìn)洞處格柵鋼架先采用漸變尺寸，后通過(guò)擴(kuò)挖和反挖成型，前三榀格柵密排。暗挖導(dǎo)洞施工完成以后，應(yīng)對(duì)通道中線前后各5環(huán)范圍內(nèi)的管片背后進(jìn)行二次注漿，確保正洞襯砌與圍巖密貼。

4.2 超前注漿加固

1)管棚及注漿加固：管棚沿隧道方向布置，與隧道水平夾角50°，垂直偏角2°，縱向間距0.3 m，加固寬度為導(dǎo)洞初支內(nèi)輪廓至隧道外輪廓線外3 m。管棚采用φ108無(wú)縫鋼管，壁厚8 mm，分節(jié)長(zhǎng)度2 m、2.5 m，管節(jié)采用絲扣連接，管棚內(nèi)插3根φ20鋼筋以提高剛度。

2)深孔注漿：暗挖導(dǎo)洞深孔注漿加固范圍為隧道開(kāi)挖掌子面范圍及隧道下斷面開(kāi)挖輪廓外2.0 m范圍，注漿沿隧道掘進(jìn)方向10 m一循環(huán)段。盾構(gòu)掘進(jìn)掌子面注漿加固范圍為隧道洞頂上方3 m至W3強(qiáng)風(fēng)化地層、W2中風(fēng)化地層巖面分界線，寬度至隧道外輪廓線5 m，采用雙液漿。注漿孔布置由工作面向開(kāi)挖方向呈輻射狀，鉆孔均勻布置成圓形圈，保證注漿充分，不留死角，漿液擴(kuò)散半徑1.5 m。注漿孔開(kāi)孔直徑不小于110 mm，終孔直徑不小于91 mm；孔口管采用φ108 mm，壁厚5 mm熱軋無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)3 m，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好止?jié){措施。

5 結(jié)語(yǔ)

該段盾構(gòu)隧道位于上軟下硬地層中，并且地表建筑物密集，不具備地面注漿或者爆破孤石的施工條件。若采用洞內(nèi)人工破除的方法，盾構(gòu)機(jī)需長(zhǎng)時(shí)間停止掘進(jìn)，增加工程風(fēng)險(xiǎn)，因此采用開(kāi)挖導(dǎo)洞進(jìn)行注漿加固的方法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況表明，采用超前導(dǎo)洞注漿加固安全可行并且滿足工期要求，該方法可作為今后類似工程條件下處理孤石提供一種新的思路。