摘 要:本文利用了ＳＭＷ工法中水泥土攪拌樁的止水功能與Ｈ型鋼的抗變形能力,在施工場(chǎng)地比較狹小和地下管線復(fù)雜的情況下,將其應(yīng)用于加固某盾構(gòu)隧道出洞時(shí)的周圍軟土地層,取得了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)類似工程有一定的指導(dǎo)意義。
1 概述
軟土地層盾構(gòu)進(jìn)出洞加固通常采用深層攪拌樁,并在攪拌樁與連續(xù)墻之間進(jìn)行旋噴或注漿,但是在施工場(chǎng)地窄小或地下有建筑管線時(shí),這種方法有時(shí)將變得無法進(jìn)行。本文以上海地鐵Ｍ8線ＶＢ標(biāo)區(qū)間隧道為例,介紹軟土地層中采�。樱停坠しǔ龆词┕ぜ夹g(shù)。
盾構(gòu)出洞是指盾構(gòu)機(jī)安裝調(diào)試完成后,對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中心點(diǎn)、按照中心線路,自始發(fā)井出發(fā),穿過井壁,推過整個(gè)加固區(qū)的施工過程。它涉及到盾構(gòu)機(jī)的安裝、布置、調(diào)試及其所需的配套設(shè)施的準(zhǔn)備、井壁混凝土的處理、井外地基處理、洞門防流水涌砂處理、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)控制、管片拼裝和環(huán)境保護(hù)等工作。
2 出洞地面準(zhǔn)備
2.1 盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)場(chǎng)
由于盾構(gòu)機(jī)自身的體積和重量比較大,在城市繁忙的交通條件下,盡量選擇夜深、人少、車少的時(shí)間進(jìn)場(chǎng),進(jìn)場(chǎng)前擬定合理的行駛路線,征得交警部門的同意,并邀請(qǐng)交警協(xié)助運(yùn)送。
2.2 臨時(shí)設(shè)施
在盾構(gòu)推進(jìn)施工前,接常規(guī)進(jìn)行施工用電、用水、通風(fēng)、排水、照明等設(shè)施的安裝工作;施工必需材料、設(shè)備、機(jī)具備齊,管片、連接件的儲(chǔ)量需滿足三天推進(jìn)用量;井上、井下建立測(cè)量控制網(wǎng)并經(jīng)復(fù)核、認(rèn)可;車架安置到位,電纜、管路等接至井下;對(duì)隧道沿線的建筑物以及盾構(gòu)將要穿越的需要保護(hù)的管線布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沿線盾構(gòu)障礙物在盾構(gòu)推進(jìn)前開始拔除。
吊運(yùn)盾構(gòu)機(jī)的大型吊車到位,主吊車采用200ｔ,輔助吊車選擇100ｔ,完成盾構(gòu)機(jī)的吊運(yùn)。
3 井下準(zhǔn)備
3.1 盾構(gòu)承臺(tái)設(shè)備(亦稱發(fā)射架)
作為盾構(gòu)機(jī)在井內(nèi)的支承臺(tái)座,在焊接制作時(shí),主要考慮其能夠充分承受盾構(gòu)機(jī)自重,可以進(jìn)行安全的移動(dòng)操作,并用鋼軌、工字鋼或其它材料設(shè)置一條可靠的盾構(gòu)推進(jìn)軌道,保證起步工作準(zhǔn)確進(jìn)行。
3.2 盾構(gòu)機(jī)下井安裝
由于盾構(gòu)機(jī)進(jìn)場(chǎng)和吊運(yùn)時(shí)被分為幾個(gè)部分,并在下井時(shí)焊接安裝了吊鉤等連接件。盾構(gòu)機(jī)井下組裝時(shí),要將這些連接件割除,并將各組件焊接組裝。其安裝位置以設(shè)計(jì)上的中心位置和高度為基礎(chǔ)確定。
3.3 反力支撐設(shè)備(后盾反力系統(tǒng))
3.3.1 后盾反力裝置及發(fā)射架安裝
后盾反力裝置由鋼反力架、146°鋼弧形環(huán)、鋼支撐、鋼門及臨時(shí)襯砌組成。后盾臨時(shí)襯砌由寬度為1ｍ的管片組成,采用通縫連接。
3.3.2 反力架安裝
根據(jù)首環(huán)管片的里程,決定反力架的平面位置。反力架安裝時(shí),用經(jīng)緯儀雙向校正兩根立柱的垂直度,使其形成的平面與推進(jìn)軸線垂直。在反力架固定牢靠后,用素砼找平其與車站結(jié)構(gòu)間的空隙。
3.3.3 負(fù)環(huán)安裝
負(fù)環(huán)管片安裝前,先在反力架上測(cè)出最后一環(huán)后盾管片的投影位置和縱向螺栓位置,彈好控制線,并預(yù)先把縱向螺栓焊接在反力架上,以便于今后施工。
最后三環(huán)(即-12、-11、-10環(huán))管片需待盾構(gòu)機(jī)下井后,用吊車吊至井下安裝。由于-9環(huán)管片已伸入盾構(gòu)機(jī)中,因此,從-9環(huán)開始,所有負(fù)環(huán)都在盾構(gòu)機(jī)中安裝。
在安裝-10環(huán)管片之前,必須先涂好盾尾油脂。同時(shí),控制好-11環(huán)管片的法面,必要時(shí)需粘貼糾偏材料。
當(dāng)-9環(huán)管片安裝完畢后,盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備前進(jìn),同時(shí),開始打開洞門。此時(shí)橡膠簾布板已安裝完畢,起重工應(yīng)在洞門完全打開以前把-8環(huán)管片全部準(zhǔn)備到位。洞門打開,迅速清理洞門垃圾,盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)約30ｃｍ,拼裝-8環(huán)管片。盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)推進(jìn),管片緊隨拼裝。
-6環(huán)拼裝結(jié)束后,盾構(gòu)機(jī)頭部進(jìn)入橡膠簾布板,開始前倉(cāng)回土,再推進(jìn)100ｃｍ后拼裝-5環(huán)管片。-5環(huán)管片拼裝結(jié)束后,再推進(jìn)約30ｃｍ,安裝146°鋼弧形環(huán)及鋼支撐。鋼弧形環(huán)及鋼支撐安裝完畢,再推進(jìn)約15ｃｍ,盾構(gòu)機(jī)應(yīng)已開始出土,大刀盤突尖已出洞,推進(jìn)時(shí)應(yīng)控制前倉(cāng)壓力及盾構(gòu)千斤頂油泵壓力,防止因切削速度過快,引起塌方。
4 井外土體加固工作
軟土地層盾構(gòu)出洞施工前的井外土體加固通�？梢圆捎蒙顚訑嚢铇丁ⅲ樱停讟痘騼鼋Y(jié)法進(jìn)行施工。本工程的兩個(gè)始發(fā)井分別位于虹口足球場(chǎng)站和曲陽路站,虹口足球場(chǎng)站地下2.0ｍ以下分別為粉土層和粘土層,曲陽路站在地下16ｍ范圍基本為砂質(zhì)粉土層,這樣的土層自身缺少自立性和防水性,一旦有較大的臨空面時(shí),土體就可能產(chǎn)生大量滑坡、坍塌、涌水和涌沙現(xiàn)象。綜合考慮地質(zhì)情況、施工場(chǎng)地條件、施工工期和工程造價(jià),決定在虹口足球場(chǎng)站始發(fā)井外采取深層攪拌樁結(jié)合注漿加固;在曲陽路站始發(fā)井外采�。樱停讟督Y(jié)合旋噴加固(在距端頭井4ｍ位置有二根上水管,深層攪拌樁加固范圍不夠)。注漿和旋噴加固的主要作用是使攪拌樁或ＳＭＷ樁與井壁外側(cè)形成的加固盲區(qū)得已補(bǔ)充,使得加固區(qū)形成一個(gè)整體,避免開洞門時(shí)漏漿。本文主要介紹ＳＭＷ工法出洞加固施工。
4.1ＳＭＷ樁加固區(qū)的選定
型鋼采用500×200×10×16窄翼緣型鋼,攪拌樁采用700直徑。型鋼每孔插入一根。插入深度18ｍ。其平面布置見圖2。
4.2 加固體中型鋼的強(qiáng)度和變形檢算
型鋼Ｗ=1927ｃｍ3,Ａ=115.5ｃｍ2
加固后土體按:γ=1.9ｋＮ ｍ3,=22°
上述是按照每米土體兩根型鋼來承受,其強(qiáng)滿足要求。同時(shí)其變形經(jīng)計(jì)算滿足ＳＭＷ樁型鋼的拔除要求。
4.3 ＳＭＷ樁施工參數(shù)的確定
該地基加固工程采用φ650ｍｍ水泥土攪拌,攪拌體長(zhǎng)18.6ｍ。貼近墻體邊的加勁部分為Ｈ500×200×10×16型鋼,以密插方式插入;共計(jì)四排水泥土攪拌樁,采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥摻合比15%,水灰比1.5左右,墻體抗?jié)B系數(shù)小于10-7ｃｍ ｓ。28天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.8ＭＰａ;漿液配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),參考配比水泥:水=1∶1.5;樁體垂直偏差不大于1 200,樁位偏差不大于20ｍｍ。
5 盾構(gòu)出洞
5.1 加固效果檢測(cè)
經(jīng)過改良的土體,要求其有一定的自立性和穩(wěn)定性,同時(shí)不能漏水、流沙,根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)和規(guī)范規(guī)定,對(duì)于該類型的土體改良要檢查其土體強(qiáng)度和抗?jié)B性能指標(biāo)。土體強(qiáng)度通過鉆芯取樣測(cè)定其抗壓強(qiáng)度,如果條件允許也可通過靜力觸探或貫入法測(cè)定其強(qiáng)度和攪拌的均勻性;抗?jié)B指標(biāo)一般進(jìn)行探孔取樣,通過對(duì)樣品的目測(cè),征求監(jiān)理、業(yè)主和質(zhì)檢站的意見,確定其抗?jié)B是否能夠達(dá)到開洞門的要求。
5.2 洞口井壁砼鑿除
通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析,改良土體如果達(dá)到設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo),即可開始鑿除井壁混凝土。在出發(fā)井施工時(shí),井壁上已經(jīng)按照設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好洞門鋼圈,洞門鑿除的部分也就是鋼圈所包圍的范圍。
洞口井壁混凝土鑿除前,必須復(fù)核洞門中心坐標(biāo)及高程,保證滿足盾構(gòu)機(jī)出洞的要求;洞口井壁砼采用高壓風(fēng)鎬鑿除,鑿除工作須分二層漸進(jìn),根據(jù)井壁厚度,先鑿除其外層3 4,(約600ｍｍ),并割除鋼筋預(yù)埋件。外層鑿除工作先上部后下部。鋼筋及預(yù)埋件割除須徹底。以保證預(yù)埋門洞的直徑。
里層井壁鑿除方法是將剩余的1/4厚度分割成九大塊,具體做法是在洞門中心位置上鑿二條水平槽,沿洞門周圍鑿一條環(huán)槽,然后開二條豎槽,其中一條鑿在地坪接縫處。開槽鑿除砼,露出井壁鋼筋,同時(shí)在每一塊砼塊上鑿出栓鋼絲繩的位置。
拆除洞口腳手架改搭臨時(shí)易拆操作平臺(tái),鋼筋割斷與混凝土塊吊離應(yīng)先下部后上部,先中間后二側(cè),割一塊吊一塊。合理安排割斷順序,使用長(zhǎng)割具,防止砼塊傾倒。盡可能縮短砼塊吊離工作的時(shí)間,防止土體塌方,吊離完畢后盾構(gòu)機(jī)須迅速進(jìn)入洞門。
5.3 洞口止水簾布安裝
由于洞口與盾構(gòu)(或襯砌)存在建筑空隙,易造成泥水流失,從而引起地表沉降,因此,須在洞口安裝出洞裝置,出洞裝置包括簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形板及相應(yīng)的連接螺栓和墊圈。安裝前須對(duì)簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核,確保其與洞圈上預(yù)留螺孔位置一致,并用螺絲攻清理螺孔內(nèi)螺紋。安裝順序?yàn)楹煵枷鹉z板→圓形板→扇形板,自上而下進(jìn)行。安裝時(shí)圓形板的壓板螺栓應(yīng)可靠擰緊,使簾布橡膠板緊貼洞門,防止盾構(gòu)出洞后同步注漿漿液泄漏。
5.4 盾構(gòu)機(jī)出洞掘進(jìn)
盾構(gòu)機(jī)出洞前,切口進(jìn)入簾布前,須先在密封倉(cāng)內(nèi)填充粘土(如磚胚)或人工漿液約30ｍ3,防止出洞后端頭井外側(cè)地表坍陷。同時(shí)為避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置,在刀頭和密封裝置上涂抹黃油以減少摩擦力。盾尾鋼絲刷需用專門的裝置安裝牢固,盾尾鋼絲刷中必需充滿盾尾油脂。
當(dāng)盾尾脫出工作井壁后,調(diào)整洞圈止水裝置中的弧形板,并與洞門特殊環(huán)管片連接成一體,以防止土體從間隙中流失而造成地面的塌落。
出洞時(shí)盾構(gòu)應(yīng)迅速上靠,在油壓顯示約等于靜止土壓力時(shí),用刀盤切削水泥攪拌樁,并穿越下面加固區(qū)。在這段區(qū)域施工時(shí),土壓力設(shè)定值應(yīng)略低于理論值,推進(jìn)速度不宜過快,盾構(gòu)坡度可略大于設(shè)計(jì)坡度,待盾構(gòu)出加固區(qū)時(shí),為防止由于正面土壓變化而造成盾構(gòu)突然“磕頭”,必需將土壓力的值設(shè)定成略高于理論值,并在推進(jìn)時(shí)按工況條件在盾構(gòu)正面加入發(fā)泡劑或泥,以改良正面的土體,施工過程中根據(jù)地層變形量等信息反饋,對(duì)土壓力設(shè)定值、推進(jìn)速度等施工參數(shù)作及時(shí)調(diào)整。
6 出洞的安全和應(yīng)急措施
地下工程的施工風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)都存在,即使準(zhǔn)備很充分,也可能有意想不到的情況發(fā)生。進(jìn)出洞施工尤其突出,這種風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在洞門鑿開后土體的穩(wěn)定性和止水性,為了降低開洞門后土體坍塌或流砂帶來的風(fēng)險(xiǎn),在土體改良達(dá)到規(guī)范要求的時(shí)間后,對(duì)改良效果進(jìn)行檢測(cè),主要檢測(cè)其強(qiáng)度和止水性,目前新采用的檢測(cè)方法為鉆芯取樣和正面捋孔取樣。施工中常見的是洞門鑿除以后的流砂現(xiàn)象,這樣勢(shì)必造成井壁外地面周圍建筑物和管線沉降。
在出洞施工中,洞門砼必須鑿除、吊離后,盾構(gòu)機(jī)才能推進(jìn),其風(fēng)險(xiǎn)要比進(jìn)洞大得多,所以洞門鑿除前要進(jìn)行每個(gè)探孔取樣,觀察分析樣品,確保洞門打開后土體的安全。同時(shí),在開洞門時(shí),要先剝落內(nèi)側(cè)約50ｃｍ厚,剩余30ｃｍ厚的砼要分塊鑿除。分塊鑿除要從上而下,鋼筋割斷后,鑿幾個(gè)較大的孔,觀察內(nèi)部土體的情況,一旦土體不穩(wěn)定,且有流砂情況,立即封堵,并在井外采取注漿或旋噴,必要時(shí),可在洞門范圍內(nèi)正面打孔注漿。漿液使用快凝型水泥———水玻動(dòng)漿液,水泥漿液和水玻動(dòng)之比,按照小樣的初凝時(shí)間確定,一般在0.5～1ｈ范圍內(nèi)。
注漿完成24ｈ后可以重新開孔觀察,直至確定加固土體的穩(wěn)定性和上水性,方可分塊拆除吊離洞門砼,砼吊離后,迅速將盾構(gòu)機(jī)推進(jìn),及時(shí)靠到臨空土體上,此時(shí)扇形板和簾布板牢牢地靠在盾構(gòu)機(jī)上,即盾構(gòu)安全出洞。
出洞施工中,只要有土體坍塌或者流砂現(xiàn)象,就必然有地面、周邊建筑物和管線沉降,所以要在出洞階段加強(qiáng)監(jiān)測(cè),視監(jiān)測(cè)到的變形情況采取注漿、懸吊等措施。
7 ＳＭＷ工法盾構(gòu)出洞施工技術(shù)要點(diǎn)
7.1 出洞口前土體加固
盾構(gòu)出洞前土體加固需根據(jù)地質(zhì)、型鋼規(guī)格、環(huán)境條件等加以確定。加固質(zhì)量一定要保證,防止流砂出現(xiàn)。型鋼焊接一定要牢靠,每根型鋼要進(jìn)行探傷試驗(yàn),確保每根型鋼都能拔出。
7.2 基座定位
盾構(gòu)中心的坡度與隧道設(shè)計(jì)軸線坡度保持一致,考慮到盾構(gòu)后期沉降因素,盾構(gòu)中心可比設(shè)計(jì)軸線略高30～50ｍｍ,然后對(duì)基座加支撐,防止盾構(gòu)基座移動(dòng)。
7.3 鑿除洞門混凝土
可以盾構(gòu)為后座,用枕木垛支撐洞口墻體,自上而下鑿除,當(dāng)洞口加固范圍因條件限制達(dá)不到要求時(shí),經(jīng)驗(yàn)算后可在盾構(gòu)底以上一定高度范圍堆放ｑｕ=0.1～0.2Ｍｐａ的夯實(shí)回填土,以減少加固土體承受的正面土壓力而保安全。
7.4 出洞門裝置及導(dǎo)軌安裝
洞門碎混凝土清理完畢后,安裝出洞裝置(即“襪套”)、圓環(huán)板等,須保證“襪套”完整及導(dǎo)向軌道在洞口“襪套”處斷開,洞圈內(nèi)要重新燒焊支點(diǎn),防止盾構(gòu)叩頭。
7.5 防止盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)、上飄
盾構(gòu)出洞時(shí),正面加固土體強(qiáng)度較高。由于盾構(gòu)與地層間無摩擦力,盾構(gòu)易旋轉(zhuǎn),應(yīng)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的測(cè)量,如發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)有較大轉(zhuǎn)角,可以采用大刀盤正反轉(zhuǎn)的措施進(jìn)行調(diào)整。盾構(gòu)剛出洞時(shí),推進(jìn)速度緩慢,大刀盤切削土體中可加水降低盾構(gòu)正面壓力,防止盾構(gòu)上飄,加強(qiáng)后盾支撐觀測(cè),盡快完善后盾鋼支撐。
7.6 洞圈封堵
盾構(gòu)全部進(jìn)入洞門,立即封堵洞圈,焊接扇形鋼板,以防洞門漏漿,當(dāng)盾尾離開洞門約3ｍ時(shí),應(yīng)對(duì)洞口注聚胺酯或雙液漿封堵,并同時(shí)開啟同步注漿及盾尾油酯系統(tǒng),以免注漿液倒灌,堵死漿管。
7.7 后盾結(jié)構(gòu)
盾構(gòu)出洞的頂力要通過后盾結(jié)構(gòu)傳到后座井壁上去,后座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列要求:預(yù)留運(yùn)輸管片、材料等需要的空間;后盾結(jié)構(gòu)、后座管片環(huán)和鋼支撐,在盾構(gòu)后座頂力作用下應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度的要求,特別要防止后座結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的位移;盾構(gòu)基座導(dǎo)軌必須順直,嚴(yán)格控制標(biāo)高、間矩及中心軸線。
8 結(jié)論
通過采用ＳＭＷ工法對(duì)某盾構(gòu)隧道進(jìn)出洞周圍土體進(jìn)行加固的實(shí)踐證明,在場(chǎng)地比較狹小和地下管線復(fù)雜的情況下,該方法具有一定的優(yōu)勢(shì)以及廣闊的應(yīng)用前景。
