盾构隧道水中进洞施工技术

2014-11-09王松王勇

山西建筑 2014年5期

王松王勇

(1.常州市轨道交通发展有限公司，江苏常州 213000;2.江苏润港工程集团有限公司，江苏无锡 214000)

目前，随着地铁施工越来越普遍，遇到的地层和环境条件也越来越复杂，且盾构隧道的直径和埋深也向着不断加大的趋势发展。地铁盾构施工中对辅助工法的依赖性越来越大，很多工程已经到了没有辅助工法就不能进行盾构始发与到达施工的状况。水中进洞工法能降低盾构到达阶段的施工风险，本文对水中进洞施工技术进行了分析，以便相关人员在实践中参考。

1 施工原理

盾构水中进洞是指为防止或控制盾构到达过程中地下水土从开放的洞圈中大量涌出而发生工程险情，利用到达井内外水土压力平衡可控制渗透的机理，主动将盾构到达井用水土回填，而后在水土压力平衡情况下再将盾构安全推入到达井的施工工艺。

2 水中进洞施工技术在工程中的实例

南京地铁新浦路车站位于长江边缘，车站两侧土体为软弱富水地层，盾构机在进入新浦路车站时容易出现涌水涌砂安全事故。在盾构区间到达施工中，为避免出现施工险情，盾构机采用水中进洞的方式进入新浦路车站。

1)挡墙制作。盾构到达井挡墙的作用是将盾构到达井与车站主体结构及其他隧道等隔离开来，使之成为独立于车站的一部分。新浦路站盾构接收井平面图见图1。挡墙必须满足以下要求:a.挡墙必须能够抵挡盾构井内回填水土及盾构机在推进过程中共同产生的巨大压力;b.到达空间相对是一个封闭体，无其他与之连通的结构，避免土方回填和水回灌时漏水漏泥;c.挡墙设计及施工时尽量结合车站原有结构，保证车站原有结构不被破坏;d.为满足盾构方动水中接收要求，接收井中隔墙及临时挡墙设计采用800 mm厚的钢筋混凝土墙，设计临时挡墙水平推力不大于12 000 kN。

2)水土回填。水土回填前在接收井中设置两个土压力计，一个设置在盾构机刀盘中心延长线上挡土墙位置，一个设置在中隔墙与盾构机中轴线同标高位置，用导线接至地面上，用于观察水土压力及盾构机推力对挡土墙的影响，保证盾构能安全到达水中。水中接收水土回灌示意图见图2。在接收井内完成土压力计安装后并对凿除的地下连续墙混凝土块清理干净后，开始进行填土回水作业。a.先对洞门圈1.5 m范围内采用人工堆砌砂袋，填充密实;再对接收井内回填隧道改良后的渣土，渣土的回填高度在中板面上2.12 m处(在盾构机上方覆土厚度为3 m，标高为1.17 m)，填土量约1 263 m3。现场用红线在接收井墙上标记填土位置。b.填土完毕后井内回灌水，回灌水标高与第一层微承压水水头标高一致，根据端头井附近原新浦路站基坑开挖时打设的一口降压井目前自然水位标高为4.5 m，因此水位回至4.5 m标高处，回灌水量约500 m3，现场利用孔口悬吊塔尺测量水位标高。c.水土回填完毕后，由监测人员对预埋的土压力计读取初始数据，一天三次，早中晚各一次。

图1 新浦路站盾构接收井平面图

图2 水中接收水土回灌示意图

3)盾构到达前盾构姿态和线形测量。盾构机到达前150 m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从预埋钢环内进入到达井。测量内容有:a.定向;b.主导线;c.测量管片位置和走向偏差;d.预埋钢环平面位置。通过测量，对到达前的地段加强盾构掘进的轴线控制，使盾构机进站时其切口平面偏差满足:平面≤±50 mm，－10 mm≤高程≤+30 mm，根据实际测量的洞门中心位置，将右线盾构姿态控制的理论值为:水平方向7 mm，竖直方向－17 mm，在到达前要求盾构坡度比设计坡度略大2‰，盾构机进入新浦路站到达井的设计坡度水平直线。

4)盾构到达掘进。盾构机进入到达段后，应减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，土压的设定值应保持稳定，避免较大的推力波动影响洞门范围内土体的稳定。盾构进站掘进可分为四个阶段，在这几个阶段中，应采取不同的施工参数及控制侧重点不同，前两个阶段为盾构进洞准备阶段，后两个阶段为盾构正式到达阶段。a.到达第一阶段(盾构掘进至距车站内衬墙7.6 m处)。掘进参数保持正常不做调整，此段施工应侧重注意调整盾构机的姿态，使盾构机姿态(与理论比较)控制在水平方向7 mm，竖直方向－17 mm左右。盾构到达掘进第一阶段示意图见图3。b.到达的第二阶段(掘进至距车站内衬墙4.159 m处，盾构穿越端头加固区，第一次停机)。掘进速度由原来正常段的20 mm/min～40 mm/min减至10 mm/min～20 mm/min，土压基本保持不变，刀盘转速稍微降低至1 rpm，推力控制在1 000 t以内。目的是尽量减少对洞口的影响，在密切监控地表和洞口的情况下微调低土压力。在此阶段同步注浆开始采用纯水泥浆，注浆压力控制在0.3 MPa，注浆量为6 m3。进一步调整好盾构机的姿态，以便盾构机能够准确穿过洞门预埋钢环。盾构到达掘进第二阶段示意图见图4。c.到达的第三阶段(刀盘切口进入接收井4.077 m，第二次停机位)。本阶段盾构刀盘切口进入车站内衬墙4.077 m，盾尾进入搅拌桩加固区，对管片进行整环二次注浆，封堵搅拌桩加固区与非加固区空隙，达到堵水效果。浆液采用水泥水玻璃双液浆。盾构到达掘进第三阶段示意图见图5。此阶段推进时的保持推力最初控制在1 000 t以下，根据挡土墙土压力计反馈的信息，及时调整盾构机的总推力，保证不对挡土墙造成破坏。在盾构机推进过程中，为了防止推力过大对挡土墙和侧墙造成过大影响，适当设定刀盘转速，螺旋机正常出土。避免出土量过大造成填土下沉，破坏已经建立的洞门内外水、土压力平衡。盾构推进过程中严密观察盾尾和螺旋机闸门是否漏水，若发现有轻微漏水现象应手动注入大量盾尾油脂封堵。在此阶段同步注浆采用纯水泥浆，注浆压力控制在0.3 MPa，注浆量为6 m3。d.到达的第四阶段(盾构机完全进入接收井，盾尾脱出内衬墙30 cm，第三次停机位)。本阶段盾尾脱出内衬墙30 cm(此脱出距离可视最后掘进管片拼装情况进行调整，以最后一环管片不脱出盾尾最后两道尾刷为准)。盾构到达掘进第四阶段示意图见图6。本阶段同步注浆采用纯水泥浆，掘进完成后在二次注浆前应将同步注浆管内注入膨润土，防止注浆管路堵塞。