提高联络通道工程质量的探索

李 斌

上海申通地铁集团有限公司 上海 200000

1 工程概况

1.1 工程简介及周边环境

本工程项目位于上海市普陀区大渡河路沿线，地下各类新旧管线阡陌交错，地面为架空30KV高压线，周边环境十分复杂。联络通道施工期间进出料口放在15号线大渡河路站北侧上行线，该车站位于大渡河路与金沙江路十字口，毗邻既有13号线地铁车站，车流量及人流量巨大，材料、设备进出极为不便。场内三家施工单位共用仅有的一条基坑边南北向单行狭窄施工便道，施工协调难度高。

联络通道及泵房处区间隧道上、下行线里程分别为SK28+596.033、XK28+596.019，盾构隧道中心距离为13m，标高为-19m，埋深为23m。采用冻结法地基加固处理，类矿山法开挖技术。初期结构支护采用型钢架结合喷射C25素混凝土，二次衬砌采用现浇C40钢筋混凝土作为联络通道及泵房永久结构。

1.2 地质情况

联络通道及泵房工程处土质从上至下分别为：⑤1-1层灰色粘土、⑤1-2层灰色粉质粘土、⑥暗绿~草黄色粉质粘土（土层渗透系数为1.0×10-6cm/s）。⑦1-2层灰黄~灰色砂质粉土层（土层渗透系数为7.0×10-4cm/s）。该项目场地狭小受限，工期紧张，并且端头井距离隧道洞口约50m，工程作业环境十分恶劣。

2 质量问题及原因分析及对策措施

2.1 二次加固注浆

2.1.1 质量问题

1）冻结孔开孔漏水漏砂比较严重。

2）混凝土管片表面出现脱落，边角碎裂及其他裂缝等现象。

3）混凝土管片监测出现收敛、上浮或下浮情况严重。

4）管片注浆完成封孔，一段时间后出现渗漏水现象。

2.1.2 技术、工艺原因分析

1）二次注浆的水灰比不符合要求。

2）对靠近旁通道钢管片两侧的二次注浆不饱满，对渗水通道没有形成有效的封堵。

3）二次注浆量与压力施工参数指标控制不严，致使管片受力过大，管片损坏。

4）注浆的孔位不对称或注浆不连续，致使管片受力不均，产生局部位移。

5）封孔的混凝土浆液发生收缩变形，形成新的渗漏水通道。

2.1.3 对策措施

1）查阅地质详勘报告，隧道结构管片施工时的施工记录，确认土层是否与勘探报告一致，盾构施工期间出渣量、土压力、同步注浆量及压力是否出现异常现象？相关原因是否与土层与详勘不一致有关？

2）根据复核的该范围内地质实际情况，进一步优化二次孔位分布情况、单孔注浆量、注浆次数及水灰比等。

3）复核注浆设备上的管路压力表是否显示有效？拌浆桶的拌浆方量是否正确？更换因使用时间过长，清理不干净导致管径变小的管路，以及储存方量变少的拌浆桶。

4）对混凝土管片的开孔位置以及注浆顺序进行优化，减少对管片受力的不均匀扰动。

5）封孔采用双液浆或微膨胀水泥，减少混凝土水化凝固后的收缩变形。

2.2 钻孔施工

2.2.1 质量问题

1）钻孔孔位水平位置及俯仰角偏离，甚至侵入结构开挖施工轮廓范围。

2）钻孔过程中发生涌水涌砂，地层水土流失严重，监测隧道管片及地面发生比较大的沉降变形。

3）打压实验不满足设计规范要求。

4）封孔位置渗漏水现象严重。

2.2.2 原因分析

1）钻孔孔位测量及复核存在问题，与作业班组的交底产生偏差。

2）孔口管及孔口装置安装不严密，当发生涌水涌砂现象后，没有及时进行地层补偿注浆。

3）钻进时冷冻管焊接不符合要求，焊缝不饱满密闭。

2.2.3 对策措施

1）通过从地面控制点引入坐标点分别到隧道上下行线，以及以一侧坐标点复核对侧坐标的形式，精确定位各个冻结孔相对坐标、方位、倾角及长度。

2）孔口管安装时，孔口管的倾角与方位必须由专业分包放样，总包、监理单位至少两次现场复核确认无误，然后才能固定牢靠，并采取措施保证开孔、成孔精度。

3）冻结孔开孔前，先在布孔范围内上下左右四周打探孔，确保管片壁后注浆加固效果良好，无漏水、漏泥砂等异常现象。

4）冻结孔施工分为两次开孔，首次开孔不穿透管片（预留约50~70mm），待孔口管及其密封止水装置安装牢固后，然后再进行第二次开孔。

5）钻孔过程中，应注意观察水土流失的体积是否与施工冻结孔占用的体积相符。如流失过大，应通过孔口管及管片进行补偿注浆。

6）对进场的冻结管，使用前应进行质量检查。对接头焊缝应责任到人，同一根管线由同一个完成，并做好焊接记录。

7）对试压不合格的冻结管，在地层条件允许下，可拔出重新焊接打压。如实际情况不允许，采用小一级的套管或补孔进行处理。

2.3 结构施工

2.3.1 质量问题

1）初期支护素混凝土喷射质量效果不佳。

2）二衬结构混凝土表面不平整，出现蜂窝麻面，甚至松散脱落、孔洞、烂根等现象。

3）混凝土出现裂缝渗漏水或某点渗漏水。

4）混凝土结构强度达不到设计要求。

2.3.2 原因分析

1）混凝土的原材料（水泥、粉煤灰、砂等）质量不满足相关要求，混凝土配合比不合理，喷射混凝土实际操作过程不规范。

2）模板表面存在污染，没有进行清理，脱模剂质量不佳。板装安模时固定不牢固，模板间拼缝错台、不顺直平整。

3）混凝土运输时间过长，两次间隔时间过大，二次倒运等导致混凝土水份流失、散失过大或已开始初凝。

4）结构混凝土拆模时间过早，承重结构的收缩徐变仍在发育，表面养护不到位，出现表面裂缝及贯穿裂缝。

2.3.3 对策措施

1）素混凝土原材料、配合比应现场实验，符合要求后再进行初期支护试喷。

2）现场混凝土拌制时，协调好喷射机械工作压力和流量，以及料束与喷面之间的夹角。

3）二衬结构施工时，充分计入混凝土从拌合站到浇筑入模时的初凝时间，添加必要的缓凝剂。

4）协调好地面及现场的施工通道，减少不必要的混凝土等待时间。

5）延长模板拆模时间，特别是拱顶等承重结构的混凝土，同期做好晒水养护。

2.4 填充注浆和融沉注浆

2.4.1 质量问题

1）注浆材料不符合要求。

2）类似二次注浆质量问题。

2.4.2 原因分析

1）由于注浆时间较长，袋装混凝土过期已失去效果。

2）注浆孔注浆顺序不合理。

3）注浆量及注浆压力控制不严格。

2.4.3 对策措施

1）根据充填注浆和融沉注浆的时间安排，以及前期注浆时水泥用量，合理配备水泥用量。尽量采购新生产水泥，禁止将需用水泥一次性堆积在旁通道作业面。

2）加强地面、隧道旁通道前后管片、以及结构混凝土沉降点监测，适时指导融沉注浆孔位置。

3）其他对策同二次注浆。

3 操作要点或关键控制点

3.1 二次注浆、充填注浆及融沉注浆

混凝土管片上的预留注浆孔开孔按梅花型布置。采用单液注浆的形式，水灰比0.8：1，压力控制在0.4MPa，注浆量1m3。注浆压力和注浆量根据实际情况可以进行微调，其中封顶块应特别注意，切忌因压力或注浆量过大，导致管片碎裂。壁后二次注浆是联络通道施工的第一道安全保障。将管片外的土体补强，能够减少开挖时对土体产生的扰动。同时，能将管片与土体之间，以及土体内的缝隙进一步填充，封堵渗水通道。对控制地面沉降、管片上下浮动，以及降低钻孔和开挖的风险，都有比较大的作用。注浆时应做好施工记录，不要遗漏孔位，确保施工质量。完成后应将开孔后的注浆孔使用双液浆封堵，做好现场标记。

充填注浆与融沉注浆的主要目的，是将前期施工时衬砌背后的空洞及缝隙充填饱满，补偿因冻土融解造成的体积收缩，以达到地表沉降控制在允许范围内。充填注浆与融沉注浆，应从注浆量、注浆压力、地面沉降监测效果控制。

在停止冻结3天后，充填注浆即可以开始。充填注浆按由下而上的顺序进行，集水井处注浆压力不应大于0.1MPa，通道处注浆压力不大于0.48MPa。当地表沉降监测数据达到设定的报警时，即可开始融沉注浆。注浆顺序的原则是先底板后侧墙，由中到边，将渗水通道由里到外封堵。单孔一次注浆量为0.8m3，最大不超过1.0m3。当实测地表沉降速率连续2次小于0.5mm/15d时，可停止融沉补偿注浆。注浆后的封孔应严格按相关规定执行，并在现在标注醒目标识，以方便后期维护和观察。

3.2 冻结孔钻孔及封孔

3.2.1 冻结钻孔

施工工艺流程如下图：

定位孔口位置时，必须保证孔口及俯仰角的精度，避免孔位侵入结构位置，造成结构施工与冻结管的相互影响。冻结孔施工时，其中M1∽M7（N1∽N6）单根长7m，进入⑦1-2层砂质粉土0.7m， M8∽M13（N7∽N11）单根长8.975m，进入⑦1-2层砂质粉土1.6m。该土层渗透系数较大，在钻孔进尺至该土层时，会受土压力作用沿钻孔回流，进而造成漏泥漏浆的不利风险，因此确保孔口管及孔口密封装置的安装满足设计要求是规避风险的一个关键。在钻孔面钻孔时一旦涌水涌砂冒泥量大时，还需要注意冻结孔施工期间采用保持压力钻进的方式进行施工；钻进加冷冻管焊接时应快速及时，如果钻进困难时应及时加入膨润土配合施工；根据涌砂量大小及时进行地层补偿注浆，加密监测，防止隧道发生沉降，将施工风险降至最低。

3.2.2 冻结孔封孔及钢管片处理

混凝土管片及钢管片上的冻结孔开孔后，是整个隧道结构的薄弱点，是后期运营维护的重点检查项目。冻结孔封孔前，应将冻结孔内盐水排出吹干。盐水应注意排出隧道外，禁止直接流入集水井内，污染排水钢管及钢管片。严禁将盐水作为后期充填注浆与融沉注浆用水。遗留在土层中的冻结管应使用C20以上混凝土填充，根据冻结孔直径和长度确定填充量，尽量填充饱满。填充物应与孔口齐平，减少焊接封板时导致孔内外形成气压差，对焊缝的密实造成影响。

钢管片冻结孔封堵关键步骤如下：

冻结完成，割除孔口管、冻结管至微膨胀混凝土表面→焊接10mm钢板连接割除孔口管与冻结管→焊缝处以及管片格仓涂刷止水胶→填充格仓并焊接12mm钢板重新封闭格仓。

混凝土管片冻结孔封堵关键步骤进行：冻结完成，割除孔口管、冻结管至微膨胀混凝土表面→焊接10mm钢板连接残余孔口管与冻结管→施工M12以上膨胀螺栓2根→焊缝处涂刷止水胶→填充剩余部分并用12mm钢板重新封闭格仓。

3.3 初期及二衬结构施工

3.3.1 初级支护

正常初期支护按3榀钢支架施工一次喷射混凝土。但应观察发现临时支架受力明显时，架设支架后应立即喷射混凝土进行支护。喷射混凝土是初期支护的关键工序之一。初喷时应保持上料的连续性，控制好混凝土拌制质量、喷射机工作压力、以及料束与喷面之间的夹角控制在45℃左右等。初喷分层的厚度，一般厚度控制在4cm以内，应使骨料粘接牢固，回弹量小，又不因自重过大导致初喷层坠落。

3.3.2 二衬结构施工

结构混凝土模板使用定型化小型钢模。混凝土浇筑时，应充分考虑现场混凝土的运输，浇筑入模等的时间影响，适当添加缓凝剂，避免两次浇筑时间间隔过长，下层的混凝土已初凝，造成施工冷缝，减少混凝土的自防水效果。

混凝土布料口设置于顶部，采用泵送方式压入。考虑到结构钢筋布置紧密，模板安装成整体，混凝土的振捣存在一定的困难，特别是顶部混凝土，优化混凝土配合比采用细石混凝土，增加流动性，确保振捣不密实问题。

4 施工效果

本工程通过上述施工质量技术的运用，确保了联终通道及泵房的顺利完成，历时6个月的融沉注浆过后，第三方监测数据显示地表影响范围内沉降已全完趋于稳定，沉降均匀，最大沉降量控制在+10mm以内，满足规范及设计要求。隧道内管片沉降及收敛，均在设计可控范围，后期铺轨重车过后，也能保持相当的稳定性。混凝土结构面表观质量效果良好，无渗漏点。

5 结束语

随着城市地下隧道工程的不断扩张，周边面临的环境越来越复杂，再加上地下管线及土层情况的不确定性，特别像是本工程联络通道泵房冻结孔处于承压水砂性层中，在各类其他不利因素叠加下，施工风险永远存在，不可避免。针对质量通病原因分析，采取了针对性的措施，取得了预期的效果。但因本工程工期紧张，场地受限，一些作法仍采用传统的施工工艺。对一些设想，比如采用钢模板与附着式振捣器的结合方式，代替插入式振捣器，提高对混凝土的振捣质量；或考虑采用自密实混凝土，既提高有限空间的施工效率，减轻振捣工作量，提高混凝土的抗渗能力。这些均有待后续进一步探索实践。