劉 洋

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概況

廣州市軌道交通十八號(hào)地鐵線(xiàn)工程，采用盾構(gòu)法施工，設(shè)計(jì)盾構(gòu)管片內(nèi)徑7700mm、外徑8500mm，管片厚度400mm，環(huán)寬1600mm，共分為7塊。工程施工區(qū)間為十八號(hào)線(xiàn)番南1號(hào)盾構(gòu)井—番南2號(hào)盾構(gòu)井區(qū)間，盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)度約為4192m，區(qū)間線(xiàn)路平面最小半徑為1600m，最大縱坡為18‰，隧頂埋深為27～40m。其中番南2號(hào)盾構(gòu)井至番南中間風(fēng)井區(qū)間，根據(jù)詳勘與補(bǔ)勘地質(zhì)資料反饋存在較多上軟下硬及槽形風(fēng)化巖地層，有些位置因地面條件限制，需在隧道洞內(nèi)盾構(gòu)超前注漿施工[1](見(jiàn)圖1)。

圖1 番南2號(hào)盾構(gòu)井至番南中間風(fēng)井區(qū)間平面

2 盾構(gòu)超前注漿施工目的

由于地面施工條件及其他各因素影響，在對(duì)上軟下硬地層掘進(jìn)時(shí)，在容易發(fā)生垮塌的軟弱地層或盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)換刀點(diǎn)位置提前進(jìn)行注漿加固作業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)地面注漿加固的情況下，可利用盾構(gòu)上4個(gè)超前注漿孔對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)前上方2～12m范圍土體進(jìn)行注漿加固，注漿漿液采用雙液漿，注漿原則為注漿壓力和注漿量雙控。主要目的是密實(shí)盾構(gòu)施工區(qū)域刀盤(pán)前上方土體，保證土體具有一定自穩(wěn)性，同時(shí)，盡可能減小土體透水性，最終大大提高盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)前上方土體整體穩(wěn)定性[2]。

3 盾構(gòu)超前注漿施工準(zhǔn)備

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

3.1.1 盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造

為方便注漿，本工程采用的盾構(gòu)機(jī)盾體四周預(yù)留了10個(gè)超前鉆孔位置，其中中部水平鉆孔6個(gè)，頂部鉆孔4個(gè)[3]。如需要進(jìn)行注漿加固時(shí)，打開(kāi)預(yù)留孔位置的閘閥，在該位置安裝鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔及注漿施工，對(duì)刀盤(pán)前端的地層進(jìn)行加固。因刀盤(pán)前方地層擾動(dòng)僅需要對(duì)隧道拱部3m范圍內(nèi)進(jìn)行加固，因此可選擇拱部的4個(gè)注漿孔進(jìn)行注漿加固。預(yù)留鉆孔位置和設(shè)計(jì)角度見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 盾體預(yù)留超前注漿孔位置

圖3 盾構(gòu)機(jī)預(yù)留超前注漿孔縱斷面

3.1.2 鉆孔參數(shù)

盾構(gòu)機(jī)盾體上預(yù)留孔的直徑為100mm，鉆機(jī)鉆桿及鉆頭直徑為42mm(單節(jié)鉆桿長(zhǎng)1.5～2.0m，鉆桿內(nèi)有注漿孔道)，在預(yù)留孔孔口位置設(shè)置法蘭盤(pán)進(jìn)行連接、固定。鉆孔深度在10～18m之間，具體深度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整(見(jiàn)圖4)。

3.1.3 漿液參數(shù)

注漿漿液為雙液漿型[4]，雙液漿中水泥漿液與磷酸、水玻璃混合液的體積比為1∶1，水泥漿中水灰比為1∶1。磷酸液中水與磷酸、水玻璃混合液的體積比為3∶1，磷酸、水玻璃漿液波美度為38°～42°Bé。雙液漿初凝時(shí)間40～45s。經(jīng)試驗(yàn)確定注漿壓力控制范圍為0.3～0.4MPa，采用前進(jìn)式注漿，根據(jù)監(jiān)測(cè)或?qū)嶋H情況調(diào)整注漿壓力。

圖4 鉆孔深度與盾構(gòu)機(jī)關(guān)系(單位：mm)

為防止注漿壓力過(guò)大破環(huán)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封，在注漿前必須在土倉(cāng)內(nèi)保滿(mǎn)實(shí)土壓和加入膨潤(rùn)土保壓，謹(jǐn)防漿液進(jìn)入開(kāi)挖倉(cāng)；向盾體徑向孔注入膨潤(rùn)土漿，防止?jié){液裹住盾體，注漿過(guò)程中必須嚴(yán)格控制開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的壓力不大于盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封要求的壓力，并留有一定的安全系數(shù)[5]。若出現(xiàn)壓力上升加快，則及時(shí)停止注漿，注漿過(guò)程中要隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，防止刀盤(pán)被漿液包裹。

3.2 材料設(shè)備配置及流程

根據(jù)超前注漿的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及要求、安裝超前注漿施工工藝流程(見(jiàn)圖5)，配制工程施工設(shè)備及材料(見(jiàn)表1)。

4 超前注漿加固的施工方法

4.1 鉆機(jī)懸吊

采用龍門(mén)吊和電瓶機(jī)車(chē)將鉆機(jī)運(yùn)至盾尾腳手架搭設(shè)區(qū)域，然后在盾體上部懸掛手拉葫蘆將鉆機(jī)吊起，吊起高度高于腳手架平臺(tái)高度。

表1 設(shè)備及材料需求

圖5 注漿流程

4.2 鉆孔平臺(tái)搭設(shè)

盾構(gòu)超前鉆孔及注漿加固施工在盾殼內(nèi)搭設(shè)的腳手架平臺(tái)上進(jìn)行(見(jiàn)圖6)。

圖6 鉆孔注漿平臺(tái)搭設(shè)

因作業(yè)環(huán)境限制(拼裝機(jī)、橋架、泥漿管線(xiàn)路等因素影響)，腳手架平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整，原則上腳手架間排距不大于1.5m，作業(yè)平臺(tái)可利用兩側(cè)伸出的油缸、兩側(cè)的管片及中間的橋架作為支撐點(diǎn)，平臺(tái)板為滿(mǎn)鋪不銹鋼走道板，為抵消鉆孔時(shí)的沖擊力，需要在平臺(tái)后側(cè)根據(jù)實(shí)際條件設(shè)置平臺(tái)拋撐。平臺(tái)搭設(shè)完成后，在平臺(tái)四周設(shè)置安全護(hù)欄。

4.3 鉆機(jī)就位

待平臺(tái)搭設(shè)完成且驗(yàn)收通過(guò)后，將鉆機(jī)下放至腳手架平臺(tái)上。鉆機(jī)就位后，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整鉆機(jī)鉆桿的傾斜度，保證鉆桿與盾體預(yù)留的孔道方向一致，鉆孔前應(yīng)調(diào)試鉆機(jī)，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。正式鉆孔前使用彩條布對(duì)盾構(gòu)機(jī)盾尾處的設(shè)備進(jìn)行覆蓋防護(hù)，防止設(shè)備在鉆孔過(guò)程受到污染。

4.4 鉆孔施工

在鉆機(jī)施工前，應(yīng)先進(jìn)行鉆機(jī)試運(yùn)行，鉆機(jī)正常試運(yùn)轉(zhuǎn)后開(kāi)始鉆孔。鉆孔時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄鉆桿節(jié)數(shù)，以保證鉆孔深度的準(zhǔn)確性。施鉆過(guò)程中，要慢速作業(yè)，掌握地層對(duì)鉆頭的影響，確定在這種地層條件下的鉆井參數(shù)，并密切觀(guān)察鉆進(jìn)情況，如遇卡鉆或鉆進(jìn)困難時(shí)，應(yīng)立即停鉆，分析原因后再進(jìn)行施工。鉆孔結(jié)束時(shí)應(yīng)做好鉆孔記錄表，為注漿施工提供準(zhǔn)確的地質(zhì)水文情況。

4.5 漿液材料及制漿

注漿漿液采用水泥+磷酸漿液。水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，所用水泥的原材料必須具備相應(yīng)的出廠(chǎng)質(zhì)量證明文件，水泥必須干燥無(wú)結(jié)塊，不合格的水泥嚴(yán)禁使用，本工程采用水泥漿的水灰比為1∶1，水玻璃、磷酸混合液濃度38°～40°Bé，用水調(diào)配出磷酸稀釋液，水泥漿液與磷酸漿液的比例為1∶1(體積比)，具體配比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

本工程制漿設(shè)備采用葉片式攪拌機(jī)，為保證漿液在使用時(shí)保證均勻性，制作好的漿液要儲(chǔ)存在攪拌儲(chǔ)漿桶內(nèi)，為了保證大流量注漿時(shí)漿液供應(yīng)充足，儲(chǔ)漿桶外側(cè)需設(shè)兩個(gè)以上取漿口。根據(jù)選定漿液的配比參數(shù)拌好漿液，其中水泥漿拌好后用2mm×2mm網(wǎng)篩過(guò)濾，確保漿液均勻。

5 注漿施工質(zhì)量控制及故障處理

本工程注漿采用后退式注漿，待鉆孔完成后，先進(jìn)行封口，封口漿凝結(jié)后注入水泥-水玻璃雙液漿，壓力達(dá)到后，后退鉆桿，進(jìn)行下段的注漿作業(yè)，如此循環(huán)，直至該孔結(jié)束[5]。注漿過(guò)程中，邊注漿邊提鉆桿，嚴(yán)格控制提升幅度，每步為0.3～0.4m，勻速回抽，注意注漿參數(shù)變化，當(dāng)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值后繼續(xù)進(jìn)行提桿。注漿壓力為0.3～0.4MPa，注漿過(guò)程中嚴(yán)格控制注漿壓力，謹(jǐn)防由于壓力過(guò)大漿液進(jìn)入開(kāi)挖倉(cāng)或裹住盾體，同時(shí)密切關(guān)注注漿量，當(dāng)壓力突然上升或從孔壁、斷面砂層溢漿時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整注漿壓力或在周邊0.5m范圍內(nèi)重新鉆孔注漿。注漿期間必須間斷性轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，防止?jié){液流入掌子面固結(jié)將刀盤(pán)卡住。

圖7 封孔

圖8 注漿

特別注意注漿過(guò)程中如需暫停注漿時(shí)，為防止下次注漿前被堵管漿液混合，要先將水玻璃吸漿管取出并放置在清水桶中，然后再取出水泥管，并將注漿管拔出1m，以保持管路暢通且分離。

單孔注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)以注漿量和注漿壓力大小兩種標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方式進(jìn)行控制[6]。注漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.5～2倍時(shí)，注漿壓力仍然不上升，即認(rèn)為達(dá)到結(jié)束注漿標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)采用速凝漿液進(jìn)行最后注漿后結(jié)束該孔注漿。注漿壓力的控制標(biāo)準(zhǔn)：隨著注漿的進(jìn)行，注漿壓力逐漸上升，注漿量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力后，注漿管吸漿量很少或不吸漿時(shí)，表明達(dá)到了注漿結(jié)束的標(biāo)志，此時(shí)結(jié)束注漿。該結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為參考值，實(shí)際結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

6 結(jié) 語(yǔ)

盾構(gòu)掘進(jìn)超前注漿加固技術(shù)是保障隧道斷面安全施工的重要施工技術(shù)之一，在采用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)超前注漿的每一道注漿工序較精準(zhǔn)把控是盾構(gòu)掘進(jìn)超前注漿施工應(yīng)該注意的要點(diǎn)。