吳發(fā)展，黎 忠

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河 065201)

盾構(gòu)隧道屬地下工程，為保證盾構(gòu)施工的安全順利，須建始發(fā)井，始發(fā)井端頭地層自穩(wěn)能力差時，須對端頭土體加固，盾構(gòu)始發(fā)前鑿除洞門圍護結(jié)構(gòu)的混凝土。盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)用于盾構(gòu)法建造的隧道工程。盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)難度大，是盾構(gòu)隧道工程的主要風險點，對后續(xù)工序有重要影響。始發(fā)技術(shù)包括洞口端頭加固、洞門混凝土鑿除、盾構(gòu)始發(fā)基座的設計加工和定位安裝以及反力架的設計加工、洞門環(huán)的安設、盾構(gòu)組裝等，直到始發(fā)推進，始發(fā)洞門端頭加固和洞門破除是盾構(gòu)始發(fā)的關(guān)鍵因素，關(guān)系到施工安全，應根據(jù)始發(fā)端地質(zhì)情況和工程的實施條件，本著降低施工風險的原則，制定可靠的技術(shù)措施。

目前，諸多學者對此進行了研究，游永鋒等[1]為解決超大直徑盾構(gòu)隧道超淺覆土始發(fā)，結(jié)合始發(fā)端地質(zhì)和端頭加固情況，將始發(fā)端洞門分層分塊破除，降低施工風險。為保證盾構(gòu)機在中等膨脹性下蜀黏土層安全順利始發(fā)，孔玉清[2]對始發(fā)井端頭采用Ф1 000 mm旋噴進行地基加固，洞門圈內(nèi)連續(xù)墻分3次進行鑿除。張巍[3]為保持盾構(gòu)在軟土地層始發(fā)期間的土體穩(wěn)定性，采取端頭凍結(jié)法加固土體。曹穎[4]采用三重管高壓旋噴樁和人工凍結(jié)組合工法，可有效確保盾構(gòu)始發(fā)段在粉質(zhì)黏土為主的地層中破除圍護結(jié)構(gòu)時的安全性。劉俊杰等[5]考慮洞門破除及盾構(gòu)動態(tài)掘進的影響，分析盾構(gòu)始發(fā)合理的端頭加固范圍，有效降低了加固費用。

筆者結(jié)合現(xiàn)有的盾構(gòu)始發(fā)技術(shù)，以某軌道交通4號線工程為例，探討一種在黏土地層盾構(gòu)始發(fā)洞門范圍圍護結(jié)構(gòu)背后施作素混凝土地下連續(xù)墻加固以保證始發(fā)洞門安全破除的技術(shù)方法。

1 工程概況

某軌道交通4號線賽馬場西站—賽馬場南站區(qū)間全長1 147.182 m，洞門埋深18.5 m，洞門范圍內(nèi)地質(zhì)情況有：〈6-4〉泥炭質(zhì)土，深灰、灰黑色，軟塑大可塑，II級普通土；〈6-5-1〉粉土，灰、深灰、要灰藍色，中密，很濕，I級松土。洞門圍護結(jié)構(gòu)為0.8 m厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，洞門直徑為6.4 m。端頭設計加固方案：賽馬場西站—賽馬場南站盾構(gòu)區(qū)間端頭加固采用Ф900 mm@650 mm×650 mm高壓旋噴樁，旋噴樁實噴長度>12.2 m，插入盾構(gòu)底部設計深度>3 m。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

黏土地層洞門端頭用高壓旋噴樁加固，做好方案的編制和審核，取芯檢測加固質(zhì)量，驗證加固效果達到設計強度要求。破除洞門前在洞門范圍圍護結(jié)構(gòu)背后施作素混凝土地下連續(xù)墻(見圖1)，地下連續(xù)墻的兩端均由洞門的邊側(cè)向外延伸1 m，使地下連續(xù)墻與土體的接觸面積能夠牢固地固定洞門的端頭。素混凝土地下連續(xù)墻施工方便快速；采用較低強度素混凝土，造價較少；素混凝土地下連續(xù)墻將洞門土體隔離到墻后，無洞門坍塌風險。

破除洞門時利用素混凝土地下連續(xù)墻的保護作用，有效預防黏土地層的盾構(gòu)洞門旋噴加固不到位或者加固效果不佳，實現(xiàn)安全破除洞門圍護結(jié)構(gòu)，使盾構(gòu)在素混凝土地下連續(xù)墻中掘進，有利于盾構(gòu)始發(fā)安全。

圖1 素混凝土地下連續(xù)墻加固剖面

2.1 導墻施工

地下連續(xù)墻施工前，在其兩側(cè)施工導墻，保證連續(xù)墻的幾何尺寸和形狀。導墻起到地下連續(xù)墻施工導向作用，引導和限定地下連續(xù)墻的走向及位置，使其能夠按照預定走向布置。導墻高度以開挖至原土面為準，容蓄部分泥漿，保證泥漿穩(wěn)定液位；承受水土壓力和施工機械作業(yè)時的附加荷載，維護地下連續(xù)墻上部土體穩(wěn)定。

施工現(xiàn)場設立測量控制點，根據(jù)導墻施工范圍測量放樣，引測導墻軸線，定出導墻挖土位置，為防止損壞既有地下管線，先人工開挖探溝，確信無地下管線時再機械開挖和人工修整。導墻開挖完成后，測量投放導墻綁扎鋼筋位置，注意安裝墊塊滿足對鋼筋保護層的要求。導墻C25混凝土強度達到設計強度的70%后方可拆模。拆模后立即在內(nèi)墻上分層支撐8 cm×8 cm木枋3道，防止導墻向內(nèi)擠壓，方木水平間距2 m，上下間距為0.8 m，梅花形布置(見圖2)。

圖2 素混凝土地下連續(xù)墻導墻施工(單位：mm)

2.2 泥漿制備

地下連續(xù)墻成槽過程中使用膨潤土泥漿進行護壁，泥漿應有合適的流動性、適當?shù)拿芏群臀锢砘瘜W穩(wěn)定性、良好的泥皮形成能力，在槽壁表面形成泥皮，防止地下水滲入，使槽壁保持穩(wěn)定不坍塌[6]。

泥漿質(zhì)量影響到成槽的質(zhì)量與安全，每次新配置泥漿投入使用前須對泥漿進行檢測，進行室內(nèi)性能試驗，嚴格控制泥漿質(zhì)量，控制好泥漿的比重、失水量和pH值等，保障其流動性和穩(wěn)定性，初始泥漿配合比見表1。

表1 新配制泥漿配合比及性能指標

2.3 槽段開挖

地下連續(xù)墻厚度為0.8 m，深度21 m，槽段寬度為每個洞門兩側(cè)各搭接1 m，深度為地面至洞門底部以下3 m。根據(jù)始發(fā)洞門位置槽段劃分用紅色油漆標識在導墻頂面，以便進行挖槽定位控制。采用金泰SG46成槽機配備垂直度顯示儀表和自動糾偏裝置，根據(jù)每個槽段的寬度尺寸，確定開挖序數(shù)和次序，三抓成槽，先抓兩側(cè)土體，后抓中心土體，使用抓斗挖槽時確保抓斗在土中受力均衡，保證槽孔垂直。每進尺4 m左右檢查一次成孔垂直度，成槽機必須輕提慢放，嚴格控制成槽速度，確保成槽垂直精度。成槽過程中利用成槽機的顯示儀進行垂直度跟蹤觀測，做到隨挖隨糾，保證成槽后槽壁垂直度≤2‰。成槽完成后，采用超聲波檢測儀對槽壁質(zhì)量進行監(jiān)測，監(jiān)測位置不少于2處。對于偏孔的情況，及時進行處理。

2.4 清槽與驗槽

檢查槽位、槽深、槽寬、槽壁垂直度及巖樣，合格后方可進行清槽工作。使用挖槽液壓抓斗直接挖除槽底余土及沉渣，再用泵吸取孔底沉渣。

槽段完成后對槽段深度和垂直度進行檢測，用帶有重錘的測繩實測槽段左、中、右3個位置的槽底深度，最淺深度即為該槽段的深度。

2.5 混凝土澆筑

清槽完成后在3 h內(nèi)澆筑C30混凝土，澆筑前先檢查槽深，判斷有無坍孔，并計算所需混凝土方量，保證商品混凝土的供應量，工地技術(shù)人員必須對拌站提供的混凝土級配單進行審核，并測試其到達施工現(xiàn)場后的混凝土坍落度，保證商品混凝土供應的質(zhì)量?；炷翝仓捎莽?00 mm雙導管水下澆筑混凝土[7]，導管上部安裝方形漏斗，導管安裝及混凝土澆筑前，井口必須設有導管卡，搭設工作平臺(留出導管位置)，并且要求能保證人員的安全。

混凝土導管使用Q235鋼材制作并經(jīng)過耐壓試驗的混凝土絲牙導管，及其配套料斗、擱置梁等設備[8]。導管在現(xiàn)場進行密封性測試、檢驗，經(jīng)驗收合格后方可使用，導管要求連接牢靠，接頭用橡膠圈密封，防止漏水。澆筑混凝土之前，確保漏斗中已放入止水球。

首批入槽混凝土量≥4 m3，混凝土埋管深度>0.5 m，保證有足夠埋管深度，控制導管始終插入混凝土內(nèi)保持在2 m～6 m。導管埋深太淺，混凝土易產(chǎn)生夾泥夾砂問題；導管埋得過深，混凝土流動困難，易造成拔管困難；通過導管長度計算導管埋深，合理導管埋深為2 m～3 m。不得因?qū)Ч馨纬鲞^快發(fā)生拔空現(xiàn)象，如拔空導管，應立即將混凝土面上的淤泥吸清，重新開管放入球膽澆筑混凝土，將導管向下插入原混凝土面下1 m左右。嚴格控制混凝土的材料質(zhì)量，坍落度在20 cm～22 cm之間，保證混凝土的強度滿足設計要求。

混凝土澆筑過程中，兩根導管的混凝土表面的高差不宜大于0.3 m，以保證混凝土澆筑的均勻性。澆筑混凝土時按規(guī)范要求對混凝土進行取樣，并嚴格按照養(yǎng)護條件進行養(yǎng)護。

2.6 洞門破除

2.6.1 準備工作。洞門破除前先復核洞門中心坐標和高程，確保洞門尺寸位置正確，滿足盾構(gòu)機始發(fā)要求。同時對素混凝土地下連續(xù)墻試件進行檢驗[9]，滿足強度、自立性等指技術(shù)指標，達到設計要求后方可進行洞門破除。

洞門與盾構(gòu)刀盤之間雙排腳手架平臺采用Ф48 mm架子管搭設，腳手架寬度1 m，間距1.2 m×1.2 m×1 m。最底下一層距基坑底板0.2 m立桿和橫桿搭設完成后設置兩根剪力撐。施工平臺滿鋪10 cm厚方木，用鐵絲固定牢固。在平臺外側(cè)掛設安全防護網(wǎng)。作業(yè)人員攜帶安全帶方可進行破除作業(yè)。

2.6.2 破除步驟。①采用高壓風鎬先將地下連續(xù)墻50 mm保護層破除，清理基坑內(nèi)側(cè)鋼筋。對圍護結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻3/4部分從上到下逐層進行破除，做好渣土清理工作。保護層的鑿除工作由上至下完成，鋼筋的割除應自下至上切割。②對圍護結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻外側(cè)1/4墻體混凝土進行破除，保留鋼筋，以防萬一有涌水涌砂發(fā)生時，鋼筋可以作為最后一道防護，以減小風險。外側(cè)1/4墻體混凝土破除清渣完畢后進行鋼筋割除，將洞門周圍的鋼筋頭全部清除，以防盾構(gòu)推進時卡住刀盤。③拆除腳手架并清理雜物，將破除的混凝土塊及割除的鋼筋全部清理干凈(見圖3)。然后快速進行盾構(gòu)推進作業(yè)，確保盾構(gòu)始發(fā)安全。

圖3 洞門破除效果

對地下連續(xù)墻進行分層破除更加有利于施工的安全性[10]，在發(fā)生滲水或者發(fā)生洞門變形時能夠第一時間相應，且由于一次性破除的體量較小，堵漏的成功率更高。盾構(gòu)機始發(fā)工作孔洞位置的地下連續(xù)墻破除時，地下連續(xù)墻的未破除部分能夠?qū)Χ撮T進行有效的支撐。

3 注意事項

施工中應注意的事項有：①成槽前應了解周邊地下管線情況，根據(jù)現(xiàn)場管線探測情況及查閱相關(guān)資料，事先采取相應的保護措施，減小施工對周邊地下管線的影響。②槽段開挖過程中加強槽壁穩(wěn)定性的觀測，施工中漏失的泥漿及時補漿，減少泥漿液面的落差，保持必需的液面高度。③嚴格控制成槽機、空壓機、自備發(fā)電機等施工噪音，設置消音裝置，合理安排混凝土澆筑時段，夜晚禁止一切發(fā)出較大聲響的工作，盡量減小對周圍居民的影響。

4 結(jié)論

根據(jù)素混凝土地下連續(xù)墻施作和洞門破除，得出如下結(jié)論：①黏土地層洞門端頭用高壓旋噴樁加固，做好方案的編制和審核，取芯檢測加固質(zhì)量，驗證加固效果達到設計強度要求。②素混凝土地下連續(xù)墻施工方便快速；采用較低強度素混凝土，造價較低；素混凝土地下連續(xù)墻將洞門土體隔離到墻后，無洞門坍塌風險。③盾構(gòu)機始發(fā)工作孔洞位置的地下連續(xù)墻破除時，地下連續(xù)墻的未破除部分能夠?qū)Χ撮T進行有效的支撐，實現(xiàn)安全破除洞門圍護結(jié)構(gòu)。