泡沫混凝土在盾构进洞过程中的应用

2019-01-05上海隧道工程有限公司上海200127

建筑科技 2018年3期

关键词：进洞洞门风井

蒋明（上海隧道工程有限公司，上海 200127)

盾构进洞在盾构法隧道施工过程中，是主要的风险节点，尤其是在含承压水地层中进洞，如果处置不当，将会出现承压水渗漏，严重的导致地下泥砂被渗漏水带出，更严重的将会出现地面沉降、塌方。针对这一工程施工节点风险，目前已经采用的主要措施有以下几种：

（1）基座上接收：常规施工方法，优点是简单易行，缺点是承压水层进洞容易产生漏泥、漏砂现象。

（2）切削纤维筋混凝土：盾构接收洞门处地下连续墙结构采用纤维钢筋混凝土浇筑施工，这一工艺对于洞门地下连续墙结构及盾构机的性能参数有一定要求。

（3）钢套筒抗风险装置：采用大直径钢套筒，分段吊装下井，采用螺栓连接组装而成。主要适用于承压水、大埋深、砂性土及周边环境保护要求高的高风险工况。

针对本工程的实际工况、风险与成本综合考虑，最终选用混凝土箱体新型工艺实施接收施工，即在风井内注入泡沫混凝土的方式。

1 概述

1.1 工程概况

上海市轨道交通 17号线漕盈路站2号风井区间隧道施工，采用 2 台盾构，从漕盈路站东端头井始发，沿盈港路北侧东行，侧穿佳邸大桥转入盈港路，途经胜利路、张家塘桥、城中北路进入 2号风井。

1.2 风井结构

漕盈路站 2号风井区间和青浦站2号风井区间隧道，上、下行线盾构均在 2号风井接收，该处结构为下三层结构，盾构接收位于下三层。洞圈顶与下二层结构板最小间距为 1 400 mm，洞圈底与底板最小间距为 710 mm。该端头井上、下行线吊装预留孔布置在风井西侧，尺寸为 11.5 m×7.5 m，东侧有2处 4.0 m×5.0m出土预留孔。底板到地面深约 28.5 m，洞门采用地墙封门，地墙厚 1.2 m，内衬0.8 m，洞圈直径 7.1 m。2号风井平面结构示意见图 1。

图1 2号风井平面结构示意图

该处地表标高约为+5.000 m，漕盈路站2号风井区间洞门中心标高–18.642 m，青浦站 2号风井区间洞门中心标高–18.638 m。

2 地质水文状况描述

2.1 地质情况

上海市轨道交通17号线3标漕盈路站2号风井青浦站盾构区间采用盾构法施工，2号风井盾构接收洞门圈直径为 7.1 m。自上而下所涉及的土层为①1-1层填土、③层淤泥质粉质黏土、⑥1 层暗绿～草黄色粉质黏土、⑥2-1层草黄～灰黄色砂质粉土、⑥2-2 层灰黄～草黄色砂质粉土、⑥3-1 层灰色粉质黏土、⑥4层暗绿～灰黄色粉质黏土。

2.2 水文条件

拟建场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水。孔隙水按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、承压含水层。对本工程有影响的地下水主要为承压水。

本工程承压水主要分布于第⑥2 层、第⑦层。根据上海地区的区域资料，第⑦层承压水埋深一般在 3～12 m，低于潜水水位，并呈周期性变化（第⑥2 层中的承压水，上海地区目前缺乏长期的水位观测资料）。

本次勘察期间布置了 2 组承压水水位埋深观测孔，分别测量第⑥2 层及第⑦层承压水的水位埋深，测得第⑥2 层承压水水位埋深为 1.60～2.80 m（相应标高约 2.26～1.08 m）；第⑦层承压水水位埋深为 3.42～4.72 m（相应标高约 0.46～–0.63 m）。土层特性见表 1。

表1 土层特性表

3 总体方案设计

根据区间盾构到达施工所存在的水文地质风险，如果直接采用基座接收，盾构在出洞过程中存在漏泥漏砂的风险。根据以往成功的施工经验，可采取有钢套接收方案，但是根据现场结构条件，采用钢套接收施工，存在以下问题。

（1）该装置总重量超过 80 T，安装比较复杂，安装周期较长，且由于封闭井施工，需在吊装孔处完成安装后平移至洞圈处，难度较高，周期较长。

（2）在封闭井状态下，钢套筒楔形环与洞门圈对接施工难度较高，且钢套筒顶与下二层板净空较小，在此条件下完成套筒与洞圈的封闭焊接难度较高。

（3）受净空影响，无法实施外封门施工，洞门封堵风险较大。

结合现场实际工况条件，选用混凝土箱体新型工艺实施接收施工。混凝土箱体填充介质采用泡沫混凝土，制作时采用外送水泥浆+现场生成泡沫+外加剂现场泵送的方式，具有流动性高、无须振捣碾压、可固化自立的等特点。泡沫混凝土一周内强度可以达到 1.5 MPa 左右，适合盾构推进切削。

由于本次 2号风井内 4 台盾构进洞时间较为接近，因此在 2号风井下三层布设 4 个混凝土箱体，使 4 台盾构进洞施工相互影响降到最低。混凝土箱体采用增设墙身方式与既有结构连接，其中南北向的中隔墙墙身厚度为 40 cm，东西向的侧墙墙身厚度为 30 cm，在盾构机接收完成后再进行凿除。根据工程经验，本次泡沫混凝土的回填高度为洞圈顶部向上 1.5 m。同时考虑到后续洞门封堵施工阶段能够快速封堵底部洞门，在靠近洞门内衬处回填沙，尺寸为 9 m×0.7 m×0.7 m（长×宽×高）。

4 泡沫混凝土回填及盾构进洞施工

4.1 泡沫混凝土回填前准备工作

4.1.1 风井内洞门及盾构姿态的复核测量

先对洞门位置进行复核测量，由于回填泡沫混凝土，强度最低可达到 1.0～1.5 MPa，可承载盾构机。因此本次接收施工不予布置基座。

4.1.2 箱体内结构保护措施

考虑到盾构机接收后期泡沫混凝土需清除，为减少清除难度及清除过程中对结构外观的破坏，在泡沫混凝土回灌前需对混凝土箱体内主体结构部分进行保护，具体包括箱体内的结构立柱及内衬墙。另外，对钢洞圈端面也需进行保护，确保后期洞门封堵能顺利焊接弧形钢板。

4.2 泡沫混凝土回填

4.2.1 泡沫混凝土主要技术指标

综合考虑盾构机承载及切削要求，本次所采用的泡沫混凝土设计抗压强度为：3 d 指标≥1.0 MPa，7 d 指标≥1.2～1.3 MPa。其配合比经实验确定。

4.2.2 总体施工步骤

本次盾构进洞处风井箱体体积约为 1 000 m3左右，回灌泡沫混凝土方量较大，浇筑深度也将近 10 m，由现场进行泡沫混凝土的制作及回灌作业，为了控制泡沫混凝土的浇筑质量，采取措施如下：

（1）采用水化热较小的水泥进行配制，尽量降低混凝土浇筑时的内外温差；

（2）控制泡沫混凝土回灌的速度并进行分层浇筑，确保浇筑时内部热量的散发及泡沫混凝土浇筑的密实性，浇筑速度约为 100 m3/h 左右，当中间隔 4～5 h，并在上层混凝土初凝前完成下层混凝土的浇筑作业；

（3）在浇筑过程中，确保水泥浆的连续供应，不可使得浇筑工作中断而出现层间裂缝。

此外，为进一步确保盾构安全到达，在浇筑洞圈底部、洞圈中心、洞圈上部的过程中，对这 3 个部位分别取样制作 3组抗压试块，采用同等养护方式，在盾构机进入箱体前进行试块强度检测，为盾构到达提供数据支持。

4.3 盾构接收施工

4.3.1 风井内盾构掘进施工

为了减少盾构在进洞掘进过程中减少对泡沫混凝土的扰动，避免产生裂缝，采取措施如下：

（1）盾构司机在操作盾构机过程中，尽量放慢盾构掘进速度，减少盾构机各区域油压，降低对正面泡沫混凝土的压力，同步浆液保持 3 m³ 环同步浆量，并在压注过程中密切观察注浆压力变化；

（2）推进过程中，泡沫混凝土顶面加型钢压重，以防掘进过程中泡沫混凝土隆起产生裂缝；

（3）推进过程中，根据推进距离严格控制出土量，严禁超挖或欠挖，尽量减少对于泡沫混凝土的扰动；

（4）推进过程中，2号风井处安排人员注意观察泡沫混凝土面变化，和井下保持通讯畅通，如有异常，及时调整推进参数并采取相应措施。

4.3.2 洞门封堵施工

盾构完成进洞后，洞圈处泡沫混凝土先行凿除，并及时完成全部洞门封堵工作，随后再对风井内的泡沫混凝土进行清理。

由于盾构进洞后，洞圈处土体与泡沫混凝土之间可能存在渗漏通道，因此在封堵洞门前需先行对洞口处管片进行压浆施工。压浆施工完成后，进行洞门封堵工作，封堵时应做到由上而下，逐段开挖洞圈处泡沫混凝土，随挖随封堵，如果出现渗漏情况，立即停止开挖，并采取隧道内补压浆，或压注聚氨酯等措施来封闭渗漏通道，随后继续封堵工作。