軟土地區(qū)復(fù)雜條件下盾構(gòu)接收施工技術(shù)

□文/王佩芬

軟土地區(qū)復(fù)雜條件下盾構(gòu)接收施工技術(shù)

□文/王佩芬

針對(duì)復(fù)雜情況下地下三層站盾構(gòu)接收采用冷凍、明洞相結(jié)合的施工方案，提出了盾構(gòu)過冷凍體及天津站遺留障礙物[1]的施工措施，重點(diǎn)分析盾構(gòu)在冷凍體杯壁、杯底及明洞砂漿內(nèi)掘進(jìn)的各項(xiàng)參數(shù)。

盾構(gòu)；冷凍；明洞；軟土

1　工程概況

天津地鐵2號(hào)線建國道—天津站區(qū)間，由建國道站始發(fā)天津站接收，天津站接收端為地下3層矩形框架結(jié)構(gòu)，接收井在地下3層站臺(tái)層內(nèi)，地下連續(xù)墻寬1.2m，內(nèi)襯結(jié)構(gòu)厚度0.8m。

盾構(gòu)開挖地層位于51粉土、61粉質(zhì)粘土、72粉土、74粉砂地層中。

天津站基坑施工過程中對(duì)部分接縫進(jìn)行垂直冷凍，經(jīng)地表刨驗(yàn)探明共遺留8根凍結(jié)管未拔出，凍結(jié)管直徑127 mm、厚5 mm，套管直徑50 mm、厚度3 mm，左線有5根凍結(jié)管，通過洞門鉆探探到4根；右線3根凍結(jié)管，已探到2根。探出冷凍管采用水鉆切割成50 cm/節(jié)，見圖1。

圖1　天建站接收端遺留凍結(jié)管橫斷面

2　接收方案

2.1水平凍結(jié)

采用“杯狀”凍結(jié)，凍結(jié)長度為11 m，前3 m全斷面凍結(jié)加固，后8m環(huán)形凍結(jié)加固。盾構(gòu)進(jìn)洞設(shè)計(jì)采用水平凍結(jié)孔，單側(cè)隧道沿盾構(gòu)進(jìn)洞縱向方向盾構(gòu)機(jī)的外側(cè)為1.2 m（凍結(jié)壁杯壁厚度）；連續(xù)墻處凍結(jié)壁厚度為3.0m（凍結(jié)壁杯底壁厚），見圖2和圖3。

圖2　冷凍加固布孔剖面

圖3　冷凍加固布孔平面

2.2明洞

為保證盾構(gòu)接收和天津站運(yùn)營安全，在接收井內(nèi)施工明洞結(jié)構(gòu)并對(duì)明洞進(jìn)行回填，回填M1.5砂漿，材料用量：水泥200kg/m3、砂1400kg/m3、水215kg/m3。

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)和車站結(jié)構(gòu)尺寸，在盾構(gòu)接收井內(nèi)施作長18 m、寬12.26 m、高8.84 m、壁厚0.8 m的混凝土明洞，混凝土箱結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋與盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)植筋連接。明洞混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)為P8，鋼筋為H PB335級(jí)，保護(hù)層厚度30mm，見圖4和圖5。

圖4　明洞施工剖面

圖5　盾構(gòu)機(jī)在明洞內(nèi)接收

3　施工措施

3.1冷凍體掘進(jìn)防凍措施

泡沫內(nèi)摻入玻璃水，比例1∶1，濃度3%～5%進(jìn)行土體改良。土倉注入循環(huán)水（25℃），提高土倉內(nèi)渣土溫度，杯底掘進(jìn)期間渣土溫度維持在5～10℃。停機(jī)拼裝期間每10 min轉(zhuǎn)動(dòng)2 min刀盤，同時(shí)注意盾構(gòu)刀盤扭矩有無異常。管片拼裝期間不間斷同步注漿和油脂注入，以少量、長時(shí)間注入為原則，防止注入孔凍死。

3.2防止刀盤卡住及防噴涌措施

在扭矩＞4 MN·m時(shí)主動(dòng)停止掘進(jìn)，刀盤正常轉(zhuǎn)動(dòng)，待扭矩降低后繼續(xù)。降低盾構(gòu)推進(jìn)速度，切削障礙物掘進(jìn)時(shí)速度放緩至6mm/min。過障礙物前將刀盤伸出10 cm，當(dāng)遇到障礙物時(shí)卡住時(shí)，縮回刀盤。加強(qiáng)土體改良，建立土倉壓力，減少刀具的磨損和增加土體的和易性，密切注意土倉壓力。盾尾后方通過二次注漿形成止水環(huán)，防止后方來水進(jìn)入土倉，造成噴涌。

4　盾構(gòu)參數(shù)分析

為方便分析選取盾構(gòu)在杯壁、杯底、砂漿中掘進(jìn)3個(gè)階段參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，428～434環(huán)盾構(gòu)在杯壁中掘進(jìn)，435～437環(huán)盾構(gòu)在杯底中掘進(jìn)（436、437環(huán)盾構(gòu)切削鋼管），438～442環(huán)盾構(gòu)在砂漿中掘進(jìn)。

4.1掘進(jìn)速度

在進(jìn)入杯壁后受土體加固及障礙物的影響掘進(jìn)速度逐漸降低，在切削凍結(jié)管時(shí)掘進(jìn)速度出現(xiàn)較大波動(dòng)，見圖6。

4.2土壓

在杯壁中掘進(jìn)時(shí)出土情況正常，土壓力基本能夠維持在0.2 MPa，隨著接近杯底，受加固體及障礙物影響掘進(jìn)速度降低，掘進(jìn)時(shí)間長，土體改良劑的注入速度沒有降低，渣土逐漸向渣漿轉(zhuǎn)變，螺旋機(jī)出土口間歇噴涌，土倉壓力難以保持，在杯底時(shí)切削凍結(jié)管時(shí)土倉壓力降低到0.03MPa左右，在砂漿中掘進(jìn)時(shí)土倉壓力降低到很小，基本為0，見圖7。

圖6　428～442環(huán)掘進(jìn)速度

圖7　428～442環(huán)土壓

4.3推力

進(jìn)入杯壁后受冷凍加固影響推力處于緩慢上升趨勢，在杯底掘進(jìn)時(shí)達(dá)到最大，通過杯底后掘進(jìn)砂漿時(shí)推力迅速降低。在杯壁及杯底中掘進(jìn)時(shí)推力較為平穩(wěn)，在進(jìn)入砂漿掘進(jìn)時(shí)推力波動(dòng)較為明顯，見圖8。

圖8　428～442環(huán)推力

4.4刀盤扭矩

刀盤扭矩在杯壁中掘進(jìn)時(shí)基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小，在杯底及砂漿中掘進(jìn)時(shí)頻繁出現(xiàn)扭矩過大，波動(dòng)劇烈，幅度較大。左右線在切削凍結(jié)管及砂漿中掘進(jìn)期間均出現(xiàn)刀盤被凍結(jié)管卡住現(xiàn)象，縮回刀盤后掘進(jìn)正常，見圖9。

圖9　428～442環(huán)刀盤扭矩

5　結(jié)論及建議

1）盾構(gòu)接收采用冷凍+明洞相結(jié)合的接收方案，對(duì)運(yùn)營安全影響較小，可靠性高。在地面不具備加固條件，工況復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)較大的情況下可選用。

2）冷凍體內(nèi)盾構(gòu)要持續(xù)掘進(jìn)，不能長時(shí)間停機(jī)，停機(jī)期間，盾構(gòu)要每1h推進(jìn)一次，避免盾體被凍住。

3）盾構(gòu)在明洞中掘進(jìn)時(shí)，螺旋機(jī)噴涌嚴(yán)重，土倉很難保壓，要加強(qiáng)同步注漿和二次注漿，盡量減小土體中水進(jìn)入明洞造成地面沉降過大。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.02.021

□U455.43

□C

□1008-3197（2015）02-58-02

□2015-01-05

□王佩芬/女，1982年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，從事市政工程技術(shù)管理工作。