上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002
上海軌交13 號(hào)線一期工程線路正線全長(zhǎng)16.4 km,起點(diǎn)為華江路站,經(jīng)金沙江西路、金沙江路、長(zhǎng)壽路、天目西路、恒豐路、大田路、石門二路,到達(dá)一期工程終點(diǎn)南京西路站。途經(jīng)上海市嘉定、普陀、閘北、靜安4 個(gè)區(qū)。
其中,自然博物館站-南京西路站區(qū)間隧道為雙線單圓盾構(gòu)區(qū)間,線路由自然博物館站南工作井出發(fā)南行,過北京西路、奉賢路、南京西路、吳江路到達(dá)南京西路站北工作井。區(qū)間上、下行線全長(zhǎng)959.88 m,上行線400 環(huán),下行線398 環(huán),共計(jì)798 環(huán)。區(qū)間隧道覆土最大為18.1 m,最小為16.6 m。區(qū)間長(zhǎng)度不足600 m,不設(shè)旁通道。
本區(qū)間隧道掘進(jìn)主要在第⑤1-1層黏土及第⑤1t層粉質(zhì)黏土夾粉砂之中,部分涉及第⑤1-2層粉質(zhì)黏土、第④層淤泥質(zhì)黏土及第⑤2層黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土。進(jìn)洞區(qū)域分布在⑤1-1層粉質(zhì)黏土和⑤2層黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土,見圖1。
圖1 工程地質(zhì)剖面示意
本工程凍結(jié)加固不考慮凍土強(qiáng)度,僅考慮封水作用,凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)為≥1.2 m,有效凍結(jié)深度為8.0 m。凍土平均溫度為≤-8 °C。凍結(jié)孔按在工作井內(nèi)利用地下連續(xù)墻布置水平凍結(jié)孔。凍結(jié)管為Φ89 mm×8 mm無縫鋼管。凍結(jié)孔的布置詳見圖2、圖3。
上行線盾構(gòu)進(jìn)洞的施工工序?yàn)椋涸诶鋬黾庸痰耐瑫r(shí),把盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至地下連續(xù)墻,然后等待凍結(jié)交圈,冷凍達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求等級(jí)后,鑿除洞門,盾構(gòu)機(jī)開始進(jìn)洞。
圖2 凍結(jié)孔平面布置
上行線盾構(gòu)冷凍加固的有效深度為8 m,盾構(gòu)機(jī)自身的長(zhǎng)度為7.4 m,盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至地下連續(xù)墻的時(shí)候,盾尾基本上在冷凍加固范圍內(nèi),此時(shí)在盾尾打環(huán)箍(圖4)。但是盾構(gòu)剛剛進(jìn)入加固區(qū),環(huán)箍大部分在原狀土內(nèi)(水泥系加固長(zhǎng)度為6 m),再加上盾構(gòu)底部1/4處于⑤2 層微承壓水層,環(huán)箍的效果大打折扣,進(jìn)洞存在一定的風(fēng)險(xiǎn),所以要考慮打多道環(huán)箍,分多次進(jìn)洞來降低風(fēng)險(xiǎn)。另外,從設(shè)計(jì)層面考慮的話,冷凍加固的長(zhǎng)度應(yīng)該把盾構(gòu)機(jī)全部包住。
圖3 凍結(jié)孔剖面布置
圖4 盾構(gòu)推進(jìn)打環(huán)箍示意
由于上行線盾構(gòu)機(jī)在靠上地下連續(xù)墻后,在冷凍區(qū)??苛溯^長(zhǎng)時(shí)間,主要是洞門鑿除的等待時(shí)間(7 d左右),導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)殼體被凍住,增大了盾構(gòu)機(jī)所需總推力。如達(dá)到盾構(gòu)機(jī)額定總推力還推不動(dòng)的話,只能依靠在盾構(gòu)機(jī)千斤頂位置額外增加千斤頂?shù)霓k法來提高總推力。本項(xiàng)目工程所用的三菱盾構(gòu)機(jī)的額定總推力約為34 000 kN,剛推進(jìn)至393 環(huán)的時(shí)候,盾構(gòu)機(jī)的區(qū)域油壓已經(jīng)全部達(dá)到最大,還是推不動(dòng)。項(xiàng)目部考慮在盾構(gòu)機(jī)下部增加4 個(gè)2 000 kN的千斤頂,使總推力達(dá)到42 000 kN,但是盾構(gòu)機(jī)在冷凍加固土內(nèi)依然沒有動(dòng),分析原因主要有盾構(gòu)機(jī)的外殼被凍住,增大了盾構(gòu)啟動(dòng)的靜摩擦力;盾構(gòu)機(jī)尾部2.2 m的烏龜殼是外置式的,在加固土內(nèi)也大大增加了靜摩擦力。在這種情況下,只能考慮繼續(xù)增加總推力,項(xiàng)目部又在盾構(gòu)機(jī)的里面增加了2 個(gè)5 000 kN的千斤頂,使用時(shí)的真正推力為3 000 kN/個(gè),在累計(jì)總推力達(dá)到48 000 kN的時(shí)候,盾構(gòu)機(jī)移動(dòng),速度達(dá)到1 cm/min,可以正常推進(jìn)。在后續(xù)的推進(jìn)過程中隨著盾構(gòu)機(jī)外殼慢慢進(jìn)入工作井,推力逐步下降。最終盾構(gòu)機(jī)分3 次順利進(jìn)洞。
下行線盾構(gòu)進(jìn)洞的施工工序?yàn)椋涸诶鋬黾庸痰耐瑫r(shí),把盾構(gòu)機(jī)??吭诩庸虆^(qū)外面,然后等待凍結(jié)交圈,冷凍達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的等級(jí)后,盾構(gòu)開始推進(jìn),并根據(jù)推進(jìn)的進(jìn)度安排人員開始鑿除門洞。
下行線盾構(gòu)機(jī)其他的工況跟上行線是一樣的。由于盾構(gòu)機(jī)先停靠在加固區(qū)外面,等待冷凍強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,開始推進(jìn),這樣就保證了盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的連續(xù)性,減少了盾構(gòu)機(jī)在冷凍區(qū)的??繒r(shí)間,盡量避免盾構(gòu)機(jī)被凍住,從而減少了進(jìn)洞的風(fēng)險(xiǎn)。
在具體施工過程中,把盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至地下連續(xù)墻后,開始打環(huán)箍,養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后,再開始推進(jìn),此時(shí),洞門已經(jīng)鑿除完畢。推進(jìn)時(shí)遇到跟上行線一樣情況,剛開始也是推不動(dòng)。只能在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部額外增加1 個(gè)5 000 kN千斤頂,實(shí)際使用的推力為3 000 kN,這樣在總推力為38 000 kN時(shí),盾構(gòu)機(jī)開始移動(dòng),而且在后續(xù)推進(jìn)過程中,總推力沒有再增加,下行線盾構(gòu)也是分3 次順利進(jìn)洞。
上海軌道交通13號(hào)線一期工程GT-10標(biāo)段自然博物館站—南京西路站盾構(gòu)區(qū)間推進(jìn)工程,上下行線2 臺(tái)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞都采用的是冷凍法加固,進(jìn)洞時(shí)采用的施工工藝略有不同。上行線首先靠上地下連續(xù)墻,然后再推進(jìn),這種情況下增加了盾構(gòu)機(jī)被凍住的可能性,大大增加了盾構(gòu)總推力,施工時(shí)要預(yù)備額外的千斤頂;下行線首先在加固區(qū)外面等待,然后再連續(xù)進(jìn)洞,這種情況下盾構(gòu)總推力相對(duì)較小,但也存在一定的風(fēng)險(xiǎn),如果盾構(gòu)推進(jìn)不順利的,接收井的洞門已經(jīng)鑿除,在空氣中暴露的時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)大大增加漏水涌砂的風(fēng)險(xiǎn),尤其是在地層條件比較特殊的情況下。但是,從工程安全方面考慮的話,本文還是推薦采用盾構(gòu)機(jī)先靠上地下連續(xù)墻后,再開始鑿除洞門的進(jìn)洞工藝。另外,從本項(xiàng)目施工實(shí)踐來看,冷凍法進(jìn)洞的最大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)就是盾構(gòu)機(jī)殼體被凍住,導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)總推力不足,需要額外增加千斤頂,如果增加后還是推不動(dòng)的話,風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大,甚至需要對(duì)冷凍區(qū)進(jìn)行解凍來解決,所以冷凍法進(jìn)洞還必須協(xié)調(diào)好凍結(jié)時(shí)間和施工進(jìn)度之間的關(guān)系。