富水沙層近距離下穿既有線隧道克泥效工法施工質(zhì)量檢測(cè)研究

陳飛

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，鄭州 451460）

當(dāng)前城市軌道交通建設(shè)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，新舊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)交叉現(xiàn)象逐漸增加，針對(duì)這一類型的交叉施工難度大。風(fēng)險(xiǎn)大，若施工中出現(xiàn)處理不當(dāng)?shù)那闆r，則會(huì)造成周圍鄰近的既有線結(jié)構(gòu)發(fā)生附加內(nèi)力變化，并產(chǎn)生一定形變，嚴(yán)重影響到整個(gè)交通運(yùn)營(yíng)線路的運(yùn)行安全，并對(duì)周圍環(huán)境的安全造成威脅。因此，針對(duì)這一問題相關(guān)領(lǐng)域研究人員開展了深入的研究[1]。為了能夠提高這一類型施工項(xiàng)目的工程質(zhì)量，需要在施工中對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)。基于此，本文針對(duì)復(fù)雜地層條件下下穿既有線隧道克泥效工法施工，開展對(duì)其質(zhì)量檢測(cè)研究。

1 工程概況

將鄭州市軌道交通12號(hào)線一期工程兒童醫(yī)院站—祭城東橋站區(qū)間下穿既有5號(hào)線兒童醫(yī)院站—祭城站區(qū)間施工為例，兒童醫(yī)院站—祭城東橋站區(qū)間起終點(diǎn)里程為左DK15+158.491—左DK16+216.267，短鏈4.730 m，左線全長(zhǎng)1053.046 m；右DK15+158.491—DK16+216.267，右線全長(zhǎng)1057.776 m[2]。區(qū)間線間距為13.00～17.00 m，線路縱向坡度呈“V”字型坡，最大縱坡為29.00‰。盾構(gòu)區(qū)間在右DK15+320—右DK15+360（左DK15+310—左DK15+350）向下斜穿既有5號(hào)線農(nóng)業(yè)東路站—心怡路站區(qū)間，兩區(qū)間水平投影交叉角度約為50°，豎向凈距約為2.09 m。12號(hào)線左線隧道在540環(huán)—633環(huán)之間進(jìn)入控制保護(hù)區(qū)（5號(hào)線區(qū)間）范圍之內(nèi)，右線在545環(huán)—628環(huán)之間進(jìn)入控制保護(hù)區(qū)（5號(hào)線區(qū)間）范圍之內(nèi)[3]。兒童醫(yī)院站—祭城東橋站區(qū)間線路示意圖如圖1所示。

圖1 兒童醫(yī)院站—祭城東橋站區(qū)間線路示意圖

本區(qū)間采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)由祭城東橋站盾構(gòu)井向兒童醫(yī)院站推進(jìn)，主要施工順序如下：先對(duì)祭城東橋站盾構(gòu)井西端土體進(jìn)行加固，盾構(gòu)機(jī)從車站西端盾構(gòu)井始發(fā)，在盾構(gòu)到達(dá)兒童醫(yī)院之前，在兒童醫(yī)院站的東端接收端頭進(jìn)行土體加固，以保證盾構(gòu)順利進(jìn)洞接收。

2 克泥效工法施工質(zhì)量檢測(cè)

2.1 克泥效工法

克泥效工法是從日本引進(jìn)的一種施工工法，其原理是黏土與強(qiáng)塑劑以一定的比例混合后，瞬間形成為高黏度、始終保持黏稠狀態(tài)的可塑性材料，及時(shí)填充盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)引起的盾體與土體之間的間隙。改變黏土與強(qiáng)塑劑的混合比例可以具有不同的黏稠度。克泥效工法主要應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)期停止時(shí)的土壓保持、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制、盾構(gòu)機(jī)出洞掘進(jìn)時(shí)止水、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中空洞填充及防止噴涌、盾構(gòu)機(jī)開倉(cāng)換刀等。

克泥效施工工藝流程主要包括以下步驟。

（1）克泥效混合材料準(zhǔn)備

克泥效材料是采用特殊勁土與強(qiáng)塑劑以一定的比例混合后，瞬間形成為高勁度、不發(fā)生硬化的可塑性勁土。

（2）注入設(shè)備選擇

克泥效材料由2種液體按照一定比例混合而成，要求2種液體注入量控制精確、快速可調(diào)，基于以上因素選擇2臺(tái)獨(dú)立變頻控制的軟管擠壓泵并制備攪拌器、混合器和電子流量計(jì)配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)克泥效注漿。

（3）施工場(chǎng)地

在盾構(gòu)機(jī)靠近盾尾附近臺(tái)車一側(cè)放置并固定拌合、注入設(shè)備，接入臨時(shí)水電進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。高壓注入管道長(zhǎng)度滿足接入前盾預(yù)留徑向孔要求?？四嘈Р牧蠟榇b計(jì)量，水玻璃為桶裝，所有材料通過洞內(nèi)運(yùn)輸設(shè)施運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

（4）根據(jù)試驗(yàn)確定克泥效配合比。

克泥效注入工藝流程如圖2所示。

圖2 克泥效注入工藝流程圖

2.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

本檢測(cè)項(xiàng)目系指在本工程施工期間及工后一定周期內(nèi)，由具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位承擔(dān)，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)程和條款對(duì)施工影響區(qū)域內(nèi)的既有線實(shí)施獨(dú)立、公正、合法的一項(xiàng)檢測(cè)工作，是甲方依據(jù)《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》，為確保施工影響區(qū)的既有線安全而采取的一項(xiàng)加強(qiáng)檢測(cè)措施[4]。通過檢測(cè)工作的實(shí)施，掌握鄭州市軌道交通12號(hào)線一期工程兒童醫(yī)院站—祭城東橋站區(qū)間施工對(duì)下穿既有地鐵5號(hào)線兒童醫(yī)院站—祭城站區(qū)間施工過程中影響范圍內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)、道床結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)的變化。

2.3 檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)

基于上述檢測(cè)需要，對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。地鐵隧道側(cè)方盾構(gòu)頂進(jìn)過程中，由于卸荷原因，隧道可能產(chǎn)生了一定的隆起。在后期施工完成后，對(duì)既有隧道造成了沉降位移影響。所以盾構(gòu)穿越期間對(duì)既有地鐵5號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)變形是檢測(cè)重點(diǎn)[5]。在既有地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)布設(shè)豎向位移及水平位移檢測(cè)點(diǎn)，關(guān)鍵期盾構(gòu)穿越期間過程須加強(qiáng)檢測(cè)及巡查工作。首先明確檢測(cè)的主要內(nèi)容：隧道結(jié)構(gòu)豎向位移（靜力水準(zhǔn)儀）、道床結(jié)構(gòu)水平位移（測(cè)量機(jī)器人）及道床結(jié)構(gòu)豎向位移等。在檢測(cè)過程中，針對(duì)第一項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容，同隧道結(jié)構(gòu)水平位移（測(cè)量機(jī)器人）檢測(cè)斷面一致，每個(gè)斷面布設(shè)1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；針對(duì)第二項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容，同隧道結(jié)構(gòu)水平位移（測(cè)量機(jī)器人）檢測(cè)斷面一致，每個(gè)斷面布設(shè)1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；針對(duì)第三項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容，同隧道結(jié)構(gòu)水平位移（測(cè)量機(jī)器人）檢測(cè)斷面一致，每個(gè)斷面布設(shè)1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。地鐵5號(hào)線已開通運(yùn)營(yíng)，新建工程土方開挖期間對(duì)既有地鐵軌道橫向高差、軌道間距產(chǎn)生一定影響，施工影響范圍內(nèi)的軌道變形是檢測(cè)重點(diǎn)。在影響范圍內(nèi)布設(shè)軌道幾何形位檢測(cè)點(diǎn)。

檢測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)及要求見表1。

表1 檢測(cè)主要技術(shù)指標(biāo)及要求

注：D為全站儀實(shí)際測(cè)量的距離值。

檢測(cè)點(diǎn)位是采集數(shù)據(jù)的根本，應(yīng)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。檢測(cè)點(diǎn)埋設(shè)實(shí)景圖如圖3所示。

圖3 檢測(cè)點(diǎn)埋設(shè)實(shí)景圖

檢測(cè)工作完畢后，按照地鐵運(yùn)營(yíng)公司要求，還需要對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拆除或修復(fù)：檢測(cè)點(diǎn)拆除以后，對(duì)區(qū)間隧道管片上殘留的膨脹螺絲，利用起釘錘進(jìn)行拔除。對(duì)于未能拔除的膨脹螺絲，使用剪斷器將突出的膨脹螺絲剪斷。

2.4 檢測(cè)作業(yè)實(shí)施方法

在檢測(cè)作業(yè)實(shí)施過程中選用Trimble DINI03配套LD12銦鋼尺作為檢測(cè)儀器。12號(hào)線區(qū)間與既有5號(hào)線區(qū)間交叉點(diǎn)處中心里程為基準(zhǔn)，向隧道兩側(cè)對(duì)稱布置。在實(shí)施過程中，點(diǎn)位的埋設(shè)應(yīng)確保牢固，并不能影響列車的正常運(yùn)行。隧道內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)采用Φ8 mm膨脹螺栓，打入道床內(nèi)，縫隙用錨固劑填充。隧道檢測(cè)點(diǎn)布置施工圖如圖4所示。

圖4 隧道檢測(cè)點(diǎn)布置施工圖

豎向位移檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)在區(qū)間隧道管片結(jié)構(gòu)上，檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)在離地50 cm的隧道結(jié)構(gòu)管片上。檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開伸縮縫及變形縫，且確保檢測(cè)點(diǎn)避開結(jié)構(gòu)側(cè)墻內(nèi)的鋼筋。在具體檢測(cè)中，可按照如下方式進(jìn)行。

首先，面向線路行車前進(jìn)方向，將軌距尺安置在鋼軌兩股道上，使尺身初步與兩股道垂直，將水平讀數(shù)盤指示置零。

其次，調(diào)節(jié)水平顯示旋鈕，在管水準(zhǔn)器氣泡居中，確保氣泡居中偏差在0.5格之內(nèi)時(shí)，讀取記錄第一次水平測(cè)值。

再次，重復(fù)以上軌距、水平讀取記錄過程，記錄第二次測(cè)量數(shù)據(jù)，與第一次數(shù)據(jù)較差在1 mm之內(nèi)時(shí)完成觀測(cè)。

最后，按以上過程進(jìn)行下一檢測(cè)點(diǎn)測(cè)量，全部測(cè)量點(diǎn)測(cè)量完畢后，完成測(cè)量工作。

完成檢測(cè)后，前端所有傳感器采用數(shù)據(jù)線纜連接至現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和解算，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和展示。

2.5 檢測(cè)信息反饋

在完成上述檢測(cè)作業(yè)實(shí)施后，將得到的檢測(cè)信息以報(bào)告的方式匯總，并將報(bào)告分為中間報(bào)表和最終總結(jié)報(bào)告。在檢測(cè)報(bào)告當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)施工的關(guān)鍵工序，如施工注漿加固、開挖穿越等。報(bào)表導(dǎo)出分為單個(gè)檢測(cè)點(diǎn)報(bào)表導(dǎo)出、檢測(cè)線數(shù)據(jù)報(bào)表（采集時(shí)間：同一條檢測(cè)線相同時(shí)刻的數(shù)據(jù)）和檢測(cè)線數(shù)據(jù)報(bào)表（檢測(cè)點(diǎn)：同一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)）。完成檢測(cè)后，獲取到的信息包括隧道變形檢測(cè)數(shù)據(jù)、軌道變形檢測(cè)數(shù)據(jù)等。在檢測(cè)過程中，一旦出現(xiàn)檢測(cè)數(shù)值超出控制值的情況，則需要啟動(dòng)搶險(xiǎn)預(yù)案、報(bào)警狀態(tài)相應(yīng)防護(hù)預(yù)案。

3 檢測(cè)效果分析

根據(jù)上述論述內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)該工程質(zhì)量檢測(cè)后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一檢測(cè)方法的應(yīng)用效果，選擇將對(duì)隧道水平方向和豎直方向上產(chǎn)生的位移、沉降變量檢測(cè)結(jié)果誤差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其誤差可通過對(duì)比本文檢測(cè)方法檢測(cè)的結(jié)果與實(shí)地測(cè)量結(jié)果得出。通過這一指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)精度的比較。在該下穿既有線上隨機(jī)選擇5個(gè)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，相關(guān)數(shù)據(jù)記錄見表2。

表2 本文質(zhì)量檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果記錄 mm

由表2中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，按照上述檢測(cè)方法得到的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間的誤差在±0.1 mm范圍內(nèi)，具備良好的檢測(cè)精度。

4 結(jié)束語

通過本文上述論述，以具體工程實(shí)例為依托，針對(duì)近距離下穿既有線隧道克泥效工法在復(fù)雜的富水砂層中施工的質(zhì)量檢測(cè)進(jìn)行研究。在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保檢測(cè)方法實(shí)施不會(huì)對(duì)項(xiàng)目及周圍環(huán)境造成影響，檢測(cè)點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)使用特質(zhì)材料，造成的資源消耗須精確計(jì)算使用量。以此為工程安全提供準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析為相關(guān)單位提供指導(dǎo)。尤其需加強(qiáng)不穩(wěn)定區(qū)域的檢測(cè)，以保證施工項(xiàng)目始終處于被監(jiān)控狀態(tài)。