盾構(gòu)無試推穿越建構(gòu)筑物始發(fā)施工技術(shù)

徐蔣軍

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300）

1 工程概況

無錫某地鐵包括兩站兩區(qū)間，2016年3月開工，2019年10月竣工，合同總額4.2億元。其中公路處站～山北站右線全長1 406.23 m，盾構(gòu)于公路處站東端頭始發(fā)，隧道埋深8.76 m，始發(fā)段為全斷面微承壓含水砂層。盾構(gòu)始發(fā)端頭井12 m處有錫山冷凍廠辦公用房，始建于1985年，房屋整體呈“L”型設(shè)置，為地面三層磚混結(jié)構(gòu)，條形毛石基礎(chǔ)，深度約2 m，盾構(gòu)區(qū)間穿越長度8.8 m，原設(shè)計(jì)盾構(gòu)始發(fā)時(shí)此房屋拆除，后因各種條件制約，房屋無法拆除。由于始發(fā)端頭井距離房屋較近，盾構(gòu)無法通過試推段確定掘進(jìn)參數(shù)，且房屋需要正常使用，無法對(duì)房屋地面結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固，并對(duì)房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地基加固，且加固施工工期長、成本高。因此，項(xiàng)目技術(shù)小組通過方案比選，采用在盾構(gòu)始發(fā)洞門安裝雙簾布密封裝置，提高盾構(gòu)始發(fā)洞門的密封性，確保盾構(gòu)機(jī)盾尾進(jìn)入密封裝置前洞門不出現(xiàn)滲漏情況，并在盾構(gòu)機(jī)中盾徑向孔壓注克泥效漿液的措施，控制房屋沉降，保證房屋安全情況下進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)施工［1］。此技術(shù)在無錫某地鐵盾構(gòu)區(qū)間得到成功應(yīng)用，對(duì)類似工程有參考借鑒意義。

2 施工方案

本方案主要采用加強(qiáng)盾構(gòu)始發(fā)洞門的密封性能，即安裝雙簾布密封裝置，通過雙簾布密封裝置在始發(fā)洞門處形成第一道防止?jié)B漏的防線，盾構(gòu)機(jī)在中盾進(jìn)入洞門密封裝置前，洞門一旦出現(xiàn)滲漏情況，可在雙簾布密封裝置處采取壓注油脂、聚氨酯、雙液漿等封堵材料控制滲漏；在盾構(gòu)機(jī)中盾位徑向注漿孔進(jìn)入洞門密封裝置后，如出現(xiàn)盾構(gòu)滲漏情況，可利用中盾徑向注漿孔壓注克泥效漿液，形成第二道防滲漏防線，以確保臨近盾構(gòu)始發(fā)井既有建構(gòu)筑的安全［2－3］。在盾構(gòu)機(jī)主機(jī)穿越房屋過程中，采用在盾構(gòu)機(jī)中盾壓注克泥效漿液的方法，填充盾構(gòu)機(jī)刀盤開挖直徑與盾構(gòu)機(jī)殼體直徑之間建筑空隙，有效控制地面沉降，確保既有建構(gòu)筑的安全。洞門及穿越建構(gòu)筑物處管片采用增設(shè)注漿孔管片，加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)穿越建構(gòu)筑物后的二次注漿，防止后期沉降對(duì)建構(gòu)筑物的影響［4］。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 端頭井加固

端頭井加固可以采用深層攪拌樁＋高壓旋噴樁加固，也可以采用凍結(jié)法加固，加固長度根據(jù)場(chǎng)地條件調(diào)整，可以縮短到3.0 m，但必須保證加固土體具有較高的自立性，確保在洞門鑿除過程中，不出現(xiàn)塌方。

3.2.2 洞門雙簾布密封裝置安裝

洞門雙簾布密封裝置主要由三部分組成，分別為內(nèi)層雙簾布密封裝置、外接鋼套筒及外層雙簾布密封裝置。每層簾布密封裝置由簾布橡膠板、壓板及翻板組成，內(nèi)層簾布橡膠板、壓板及翻板外徑均小于外層簾布橡膠板、壓板及翻板外徑2 cm。預(yù)制外接鋼套筒長度控制在40～60 cm，加工時(shí)將外接圓形鋼套筒等分為4個(gè)部分，每部分兩端設(shè)置法蘭盤，外接鋼套筒環(huán)向焊接6個(gè)注入孔，用以注入封堵材料，注入孔采用DN50 mm鋼管加工，一端焊接在外接鋼套筒上，一端安裝球閥。注入孔布置見圖2。

圖2 洞門雙簾布密封裝置注入孔布置

（1）內(nèi)層簾布密封裝置安裝

首先在洞門預(yù)埋鋼環(huán)板上安裝雙頭螺絲，然后利用吊車配合人工安裝簾布橡膠板，簾布橡膠板由上而下分段安裝［5－6］。先將上部簾布板掛在雙頭螺栓上，簾布橡膠板懸掛孔數(shù)不小于10孔，然后在已經(jīng)懸掛好簾布橡膠板的雙頭螺栓上安裝壓板和翻板，并將雙頭螺栓螺母擰緊，擰緊后的螺栓扭力需達(dá)到設(shè)計(jì)要求。依次由上而下將內(nèi)層簾布密封裝置安裝在洞門預(yù)埋鋼環(huán)板上。內(nèi)層簾布密封裝置安裝完成后如圖3a所示。

（2）外接鋼套筒安裝

外接鋼套筒安裝順序?yàn)橄劝惭b底部，后安裝兩腰，最后安裝頂部。每個(gè)部位安裝時(shí)，先將其點(diǎn)焊到車站主體結(jié)構(gòu)洞門預(yù)埋環(huán)板上，整個(gè)外接鋼套筒拼裝成型后，再將其滿焊到洞門預(yù)埋環(huán)板上。然后在外接鋼套筒預(yù)留注入孔處焊接 DN50 mm鋼管，并安裝球閥。外接鋼套筒安裝完成后如圖3b所示。

（3）外層簾布密封裝置安裝

外層簾布密封裝置安裝同內(nèi)層簾布密封裝置相同，所不同的是內(nèi)層簾布密封裝置安裝在洞門預(yù)埋鋼環(huán)板上，外層簾布密封裝置安裝在外接鋼套筒上，外層簾布密封裝置安裝完成后，整個(gè)雙簾布密封裝置全部安裝完成，其結(jié)構(gòu)形式如圖3c所示。

圖3 洞門雙簾布密封裝置安裝順序

3.2.3 盾構(gòu)機(jī)吊裝

盾構(gòu)機(jī)吊裝下井施工順序?yàn)椋汉笈涮着_(tái)車吊裝→盾構(gòu)機(jī)主機(jī)吊裝。主機(jī)吊裝采用雙機(jī)抬吊，主機(jī)吊裝順序?yàn)椋憾軜?gòu)機(jī)前盾吊裝→盾構(gòu)機(jī)中盾吊裝→盾構(gòu)機(jī)刀盤吊裝→盾構(gòu)機(jī)盾尾吊裝［7］。吊裝過程中做好對(duì)雙簾布密封裝置的保護(hù)，不能損壞雙簾布密封裝置。

3.2.4 洞門破除

洞門破除采用人工粉碎性破除，破除工作需自上而下進(jìn)行，破除時(shí)需在底部?jī)蓪雍煵贾g塞入棉被，并在其上方搭設(shè)混凝土渣料存放平臺(tái)，以確保洞門破除過程中混凝土渣料不破壞簾布橡膠板［8－9］。洞門破除完成后，將棉被取出。

盾構(gòu)始發(fā)前在兩層簾布之間底部填充盾尾油脂，填充盾尾油脂面低于翻板邊沿10 cm，并在簾布橡膠板迎盾構(gòu)機(jī)面涂抹一層黃油，減小盾構(gòu)機(jī)始發(fā)過程中簾布橡膠板與盾構(gòu)機(jī)殼體之間的摩擦。

3.2.5 盾構(gòu)機(jī)中盾進(jìn)入密封裝置前始發(fā)施工

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)是盾構(gòu)機(jī)逐漸建立土壓的過程，盾構(gòu)機(jī)在加固區(qū)掘進(jìn)，主要靠反力架提供反力，因此盾構(gòu)在加固區(qū)掘進(jìn)土壓不宜建立太高［10］。盾構(gòu)機(jī)破門進(jìn)入加固區(qū)時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要在盾構(gòu)端頭井加固土體與車站結(jié)構(gòu)之間的夾縫處，一旦夾縫止水效果不好，會(huì)出現(xiàn)滲漏，造成地面沉降過大，從而導(dǎo)致周邊建筑物出現(xiàn)沉降。

在洞門處安裝雙簾布洞門密封裝置，在盾構(gòu)機(jī)主機(jī)未全部進(jìn)入土體之前，洞門處一旦產(chǎn)生滲漏，可利用雙簾布密封裝置上的6個(gè)注入孔，壓注油脂、聚氨酯或者雙液漿等封堵材料，達(dá)到止水堵漏的效果，確保盾構(gòu)機(jī)主機(jī)進(jìn)入土體前洞門處的安全，從而保證臨近洞門既有建筑物的安全。如洞門不出現(xiàn)滲漏，則不需要在雙簾布密封裝置內(nèi)壓注封堵材料，盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)。

3.2.6 盾構(gòu)機(jī)中盾進(jìn)入密封裝置后始發(fā)施工

隨著盾構(gòu)機(jī)不斷掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)殼體逐漸進(jìn)入土體內(nèi)部，盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的擾動(dòng)也隨之增大，易引起地面沉降及產(chǎn)生滲漏等情況。盾構(gòu)機(jī)中盾進(jìn)入洞門雙簾布密封裝置后，如洞門出現(xiàn)滲漏情況，可在盾構(gòu)機(jī)中盾徑向注漿孔壓注克泥效漿液，同時(shí)利用雙簾布密封裝置壓入孔壓注聚氨酯等堵水材料，可有效控制洞門滲漏風(fēng)險(xiǎn)，確保臨近洞門既有建筑物的安全。如洞門不出現(xiàn)滲漏，則不需要在雙簾布密封裝置內(nèi)壓注封堵材料，也不需要在盾構(gòu)中盾徑向孔壓注克泥效漿液，盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)。

3.2.7 盾構(gòu)機(jī)盾尾進(jìn)入密封裝置后始發(fā)施工

盾構(gòu)機(jī)盾尾進(jìn)入洞門密封裝置后，要及時(shí)進(jìn)行同步注漿漿液的壓注工作，同步注漿漿液采用可硬性漿液，因車站預(yù)留結(jié)構(gòu)洞門及鑿除洞門直徑均遠(yuǎn)大于盾構(gòu)機(jī)直徑，因此開始進(jìn)行同步注漿時(shí)，前2環(huán)注漿量要達(dá)到理論注漿量的250%，加固區(qū)內(nèi)同步注漿量控制在理論注漿量的110%，出加固區(qū)后進(jìn)入地層中注漿量控制在理論注漿量的150%～200%，泵送出口處的壓力應(yīng)控制在略大于周邊水土壓力。同步注漿漿液配比見表1。

表1 同步注漿漿液配比 g/cm3

3.2.8 盾構(gòu)穿越既有建構(gòu)筑物施工

（1）盾構(gòu)機(jī)刀盤出加固區(qū)前1.5～2 m，盾構(gòu)機(jī)需滿倉推進(jìn)，土倉壓力大于理論土壓力1.2～1.3倍，推進(jìn)速度控制在1.5～2.0 cm/min，停機(jī)拼裝時(shí)將土壓適當(dāng)提高 0.01～0.02 MPa。

（2）盾構(gòu)機(jī)中盾徑向注漿孔進(jìn)入洞門密封裝置后，下一環(huán)開始掘進(jìn)時(shí)，混合漿液隨盾構(gòu)掘進(jìn)通過徑向孔1點(diǎn)鐘和11點(diǎn)鐘方向同步壓注，采用單點(diǎn)方式注入，一般要求每掘進(jìn)2環(huán)更換一次注漿孔位。管片拼裝時(shí)，停止壓注混合漿液。混合漿液由克泥效漿液與水玻璃兩部分組成，呈高黏度塑性膠化體，克泥效漿液比重控制在1.38～1.40，克泥效漿液與水玻璃比例控制在18∶1～20∶1，根據(jù)滲漏情況及沉降情況進(jìn)行適度調(diào)整［11］。混合漿液的理論注入量按下式計(jì)算：

式中，V為克泥效漿液每環(huán)注入量（m3）；D1為盾構(gòu)機(jī)刀盤開挖直徑（m）；D2為盾構(gòu)機(jī)中盾外徑（m）；L為管片長度（m）。

盾構(gòu)機(jī)未開始穿越既有建構(gòu)筑段，混合漿液注入量按理論注入量的110%～120%控制，穿越危房前5環(huán)混合漿液注入量按理論注入量的130%～150%控制，穿越危房時(shí)混合漿液注入量按理論注入量的150%～200%控制。

（3）盾構(gòu)機(jī)穿越既有建筑物過程中，控制同步注漿壓力略大于周圍水土壓力，要確保同步注漿漿液有效注入量，使同步注漿漿液的注入和推進(jìn)速度相匹配，避免盾構(gòu)掘進(jìn)未完成，同步注漿漿液已經(jīng)壓注完的情況出現(xiàn)。

3.2.9 二次注漿

二次注漿漿液采用水泥漿，水泥漿漿液比重控制在1.5～1.6，注漿量控制在 1.2～1.5 m3，二次注漿需要根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況，采取多次壓注的方式來控制房屋沉降，洞門處到盾構(gòu)穿越房屋后10環(huán)范圍內(nèi)采用增設(shè)注漿孔管片，方便二次注漿作業(yè)，保證房屋安全［12］。

4 控制要點(diǎn)

（1）每層簾布橡膠板、壓板及翻板安裝完成后，需要對(duì)固定螺栓進(jìn)行扭力測(cè)試，測(cè)試扭力不得小于設(shè)計(jì)要求。

（2）固定簾布橡膠板、壓板及翻板的固定螺栓在擰緊前，需要將翻板調(diào)整到適當(dāng)位置，確保翻板安裝位置同心。

（3）外接鋼套筒必須滿焊到洞門預(yù)埋鋼環(huán)上，不能出現(xiàn)漏焊、斷焊清理，焊接完成后應(yīng)由質(zhì)檢工程師做詳細(xì)檢查，檢查合格后方可進(jìn)入下道工序。

（4）盾構(gòu)始發(fā)前，要做好下部?jī)?nèi)外層翻板防外翻措施，確保盾構(gòu)在始發(fā)過程中不出現(xiàn)翻板外翻情況。

（5）盾構(gòu)刀盤進(jìn)入洞門密封裝置后，需安排專人對(duì)洞門滲漏情況觀察，出現(xiàn)滲漏水后，需立即采取措施進(jìn)行處理。

（6）盾構(gòu)始發(fā)后，要加強(qiáng)對(duì)地面及危房的監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)頻次不得小于4次/d，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)。

5 結(jié)束語

該技術(shù)方案在無錫某地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工中得到成功應(yīng)用，解決了盾構(gòu)始發(fā)端頭井臨近既有建構(gòu)筑物，在不拆除既有建筑物，也不對(duì)既有建筑物加固處理的情況下進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)難題，有效控制地面沉降，檢測(cè)結(jié)果顯示右線盾構(gòu)穿越房屋最大累計(jì)沉降為－1.82 mm，順利完成盾構(gòu)穿越房屋始發(fā)施工，不影響房屋的正常使用，不產(chǎn)生任何廢棄物的排放，對(duì)周邊居民生產(chǎn)生活未造成影響，實(shí)現(xiàn)了“綠色地鐵、人文地鐵”的施工理念。通過計(jì)算對(duì)比房屋基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用及采用管幕超前加固費(fèi)用，節(jié)約成本約300萬元。整體效果良好，豐富了現(xiàn)有國內(nèi)盾構(gòu)始發(fā)施工技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣應(yīng)用價(jià)值，社會(huì)效益顯著。