角度超大直徑泥水盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

劉永強(qiáng)

（中交隧道局工程有限公司，北京100102）

1 工程概況

南京和燕路過江通道南段工程位于長(zhǎng)江大橋和長(zhǎng)江二橋之間，隧道盾構(gòu)段長(zhǎng)2 975.906m，采用開挖直徑15.03m 的泥水氣壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，隧道管片外徑14.5m，內(nèi)徑13.3m，寬度2m，楔形量48mm（雙面楔形），錯(cuò)縫拼裝。盾構(gòu)始發(fā)隧道頂部覆土僅7.5m，盾構(gòu)下穿段埋深為10.53～13.1m，該段隧道埋深均不足0.5D（盾構(gòu)半徑）。始發(fā)段地層由上而下為素填土、淤泥質(zhì)黏土、粉土、粉砂，均屬于軟弱地層，長(zhǎng)江漫灘區(qū)水位5.05～6.82m，微承壓水勘察期間水位埋深1.9～3.9m、水位5.17～5.41m。始發(fā)段隧道軸線縱向設(shè)計(jì)坡度-3.975%，設(shè)計(jì)軸線與洞門存在1°的夾角，屬斜線始發(fā)，對(duì)盾構(gòu)始發(fā)要求技術(shù)更高。

2 施工準(zhǔn)備技術(shù)措施

2.1 始發(fā)基座、反力架

始發(fā)基座采用C40 現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，始發(fā)基座為弧形結(jié)構(gòu)，分前盾、中盾和盾尾基座3 部分。基座橫向和縱向分別預(yù)留2 道1.2m 寬溝槽作為盾體焊接操作空間，始發(fā)基座每2 塊基座中間的溝槽設(shè)置2 根50b 工字鋼連接，增加始發(fā)基座整體性。在基座邊塊頂面分別對(duì)稱預(yù)埋2 條350mm×350mm×12mm×19mm H 型鋼作為盾體組裝以及后期負(fù)環(huán)支撐的工裝。基座中心線與洞門平面呈1°夾角，與設(shè)計(jì)線路中心線平行?；岸芎椭卸苎鼗芯€對(duì)稱設(shè)置4 條導(dǎo)軌，導(dǎo)軌夾角分別為30°和87°，尾盾在中心塊布置2 條導(dǎo)軌，夾角為50°?；鶎?dǎo)軌采用20cm×20cm 實(shí)心方鋼，方鋼與預(yù)埋在基座上的H 型鋼焊接。

和燕路隧道斜線始發(fā)，盾構(gòu)始發(fā)過程中對(duì)反力架受力變形影響，綜合考慮反力架受力及建筑結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，采用鋼結(jié)構(gòu)，反力架與環(huán)框梁接觸位置預(yù)留3 道嵌槽，將環(huán)框梁嵌入槽中，反力架厚度1.5m[1]。反力架與負(fù)環(huán)相連接的部位采用φ400mm×20mm 的鋼管支撐，鋼管內(nèi)灌注C40 混凝土，在反力架、管片及鋼管對(duì)應(yīng)位置埋設(shè)鋼板。反力架后背與結(jié)構(gòu)縫隙將填充C40 混凝土，填塞密實(shí)。

2.2 洞門止水裝置

洞門止水裝置設(shè)計(jì)為外掛圓環(huán)端面與隧道始發(fā)軸線保持垂直的上部最小寬度680mm、下部最大寬度1 264mm 的圓環(huán)板結(jié)構(gòu)，鋼環(huán)內(nèi)側(cè)面直徑15.5m。密封鋼環(huán)由封板、加筋板、2道圓環(huán)板、2 道翻板、2 道簾布橡膠板組成。密封鋼環(huán)設(shè)計(jì)1 道12 根間距30°φ50mm 油脂預(yù)埋管（壁厚4mm）用于橡膠簾布堵漏，預(yù)埋管均沿圓周均勻布設(shè)，并與密封鋼環(huán)內(nèi)側(cè)面連通。為了保證盾構(gòu)始發(fā)過程中能順利建立泥水壓力和盾尾注漿壓力，在洞門止水密封鋼環(huán)內(nèi)部增設(shè)1 道密封鋼絲刷，鋼絲刷長(zhǎng)度410mm。

2.3 導(dǎo)軌延長(zhǎng)

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)掘進(jìn)時(shí)盾體下部切口至洞門距離5 645mm，為了防止盾構(gòu)機(jī)栽頭，必須將第一次安裝的導(dǎo)軌（下部2 根）接長(zhǎng)至洞門下部止水箱體處，安裝傾角位置與基準(zhǔn)導(dǎo)向軌道一致，并焊接固定導(dǎo)軌。導(dǎo)軌從始發(fā)基座上引伸出來(lái)，導(dǎo)軌底座采用C30 素混凝土，寬度為導(dǎo)軌兩側(cè)各1m，長(zhǎng)度至密封環(huán)邊緣。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入密封環(huán)后接觸掌子面前，盾構(gòu)機(jī)前部最大懸空距離為2 200mm，為避免后盾構(gòu)機(jī)栽頭，在地連墻內(nèi)澆筑1 000mm 寬C15 混凝土墊層用于支撐盾構(gòu)機(jī)。如圖1 所示為導(dǎo)軌延長(zhǎng)剖面圖。

圖1 導(dǎo)軌延長(zhǎng)剖面圖

3 實(shí)施措施

3.1 負(fù)環(huán)拼裝

工作井沿掘進(jìn)方向?qū)挾?1m，綜合考慮工作井主體結(jié)構(gòu)、反力架位置等因素，始發(fā)時(shí)從反力架到正環(huán)共需要8 環(huán)負(fù)環(huán)和1 環(huán)0 環(huán)，本工程襯砌均采用鋼筋混凝土管片，0 環(huán)位置通過-8 環(huán)與反力架之間的支撐長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，目的是保證0 環(huán)背部預(yù)埋鋼板與二次密封環(huán)板位置有效搭接，-8 環(huán)上部支撐長(zhǎng)度1 238mm，下部支撐長(zhǎng)度686mm。

3.2 洞門破除及水平探孔

洞門混凝土共分3 層破除，分2 次進(jìn)行。凍結(jié)完成交圈后，開始進(jìn)行破除，自上而下分層破除。首先破除內(nèi)側(cè)（20cm）混凝土（第一層）剝除鋼筋網(wǎng)；第二層混凝土破除50cm，預(yù)留外側(cè)鋼筋及30cm 厚混凝土。第三層混凝土（30cm 厚）破除在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前完成，必須確保在盾構(gòu)機(jī)完成-6 環(huán)、-5 環(huán)的推進(jìn)、拼裝前完成混凝土鑿除和清碴工作。

第三次混凝土破除前，首先在洞門上打設(shè)探孔判斷凍結(jié)壁與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的膠結(jié)情況，按照各探孔的布置在洞門上定點(diǎn)（探孔位置將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、探查到的薄弱地點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)定點(diǎn)的調(diào)整）。

3.3 建艙及冷凍管拔除

盾構(gòu)機(jī)刀盤完全進(jìn)入洞門密封止水裝置內(nèi)，此時(shí)需建立泥水平衡。建艙時(shí)分3 步進(jìn)行：

1）將泥漿場(chǎng)準(zhǔn)備好的漿液打入開挖面中，保持開挖艙泥漿液面保持在中線以上3m。

2）對(duì)氣壓艙進(jìn)行緩慢加壓，每次加壓≤10Pa，將洞門密封環(huán)上的注漿孔打開排掉空氣，同時(shí)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)注意查看前后艙內(nèi)的液位顯示[2]。當(dāng)最上方的注漿孔開始噴出泥漿時(shí)，將該注漿孔的閥門關(guān)閉。這時(shí)，檢查氣泡艙內(nèi)液位，若液位在中心線±0.5m，不需調(diào)整；若在此范圍之外，啟動(dòng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)，微調(diào)液位至該范圍，此時(shí)切口壓力顯示為0。

3）提升氣泡艙內(nèi)氣壓至設(shè)計(jì)值，并保持15min。觀察有無(wú)泄漏等異常，若有，采取堵漏措施；若無(wú)，緩慢降低氣壓，直至將切口壓力緩慢調(diào)成0Pa。

建艙后壓力穩(wěn)定第一次拔管將隧道范圍內(nèi)凍結(jié)管全部拔出，待二次密封焊接封堵完成后，進(jìn)行第二次拔管。

3.4 洞門密封

3.4.1 橡膠簾布密封堵漏

建艙前，提前在橡膠簾布間注入堵漏材料，泥水建艙過程中根據(jù)橡膠簾布漏水情況在滲漏點(diǎn)附近通過密封環(huán)上的油脂注入孔（在第一道簾布與第二道簾布密封之間）添加有NSHS-2 型的泥漿封堵簾布橡膠與盾體之間的空隙，并采用涂刷油脂及包裹刀具等措施以保護(hù)密封簾布。

堵漏劑材料采用地面活塞式注漿泵進(jìn)行注入。初始注漿量13m3，注漿壓力0.05～0.1MPa。

3.4.2 洞門二次密封

在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)、負(fù)環(huán)拼裝、盾構(gòu)機(jī)盾尾最后一道鋼絲刷完全進(jìn)入密封環(huán)內(nèi)，0 環(huán)完全脫離盾尾后，設(shè)計(jì)0 環(huán)管片外側(cè)面一邊預(yù)埋1 500mm 寬的鋼板，預(yù)埋鋼板厚度12mm。待盾構(gòu)機(jī)盾尾完全穿過密封板后，用16mm 厚密封鋼板將圓環(huán)板邊緣與0環(huán)管片外側(cè)的預(yù)埋鋼板焊接，形成二次密封。

3.5 同步注漿

盾構(gòu)斜線始發(fā)且始發(fā)軸線位于設(shè)計(jì)坡度-3.975%的縱坡，控制同步注漿是隧道成功的關(guān)鍵。

3.5.1 漿液配比

根據(jù)地層條件、地下水情況及周邊條件等，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化確定，同步注漿漿液的主要物理力學(xué)性能應(yīng)滿足表1 中的指標(biāo)。

表1 同步注漿材料配比和性能指標(biāo)表

固結(jié)體強(qiáng)度：P1d≥0.2MPa，P28d≥2.0MPa；漿液結(jié)石率＞95%，即固結(jié)收縮率＜5%；漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）＜5%。

3.5.2 注漿壓力

和燕路隧道盾構(gòu)機(jī)采用同步注漿，采用8 用8 備管路，在盾尾處左右對(duì)稱布置。具體壓力控制值見表2。

表2 同步注漿壓力控制值kPa

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過本文對(duì)角度超大直徑泥水盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的研究得出，南京和燕路過江通道設(shè)計(jì)軸線與洞門存在1°的夾角，屬斜線始發(fā)，通過盾構(gòu)始發(fā)基座、反力架、洞門密封裝置的設(shè)計(jì)制作、安裝，在實(shí)施過程中對(duì)掘進(jìn)參數(shù)、同步注漿、盾構(gòu)姿態(tài)等數(shù)據(jù)收集分析，在本次始發(fā)成功中起到顯著效果，可供類似工程借鑒。