泡沫混凝土盾構(gòu)接收工藝的施工控制要點(diǎn)

王 芳（上海斯美科匯建設(shè)工程咨詢有限公司， 上海 200433）

0 引 言

盾構(gòu)接收是城市軌道交通工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一，其風(fēng)險(xiǎn)控制也是軌道工程建設(shè)人員密切關(guān)注的重點(diǎn)。為防止在盾構(gòu)接收過程中，發(fā)生洞門處滲漏、涌水、涌砂、地表沉降甚至坍塌等意外情況，相關(guān)技術(shù)人員也在不斷地探索和論證不同的進(jìn)洞工藝。泡沫混凝土盾構(gòu)接收工藝，由上海隧道工程有限公司首次在上海17號(hào)線漕盈路-青浦站下行線成功實(shí)施。盾構(gòu)接收采用泡沫混凝土箱體施工工藝，即預(yù)先在接收井內(nèi)澆筑一個(gè)與洞門連接的泡沫混凝土箱體，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞時(shí)，可在這個(gè)密閉的箱體內(nèi)按普通掘進(jìn)進(jìn)入接收井，確保了盾構(gòu)進(jìn)洞進(jìn)程風(fēng)險(xiǎn)可控。在某地鐵區(qū)間施工過程中，采用的接收施工工藝也是泡沫混凝土，下面，筆者將就泡沫混凝土盾構(gòu)接收工藝的施工質(zhì)量和安全控制要點(diǎn)，與大家共同探討。

1 工程概況

某地鐵站為地下3層結(jié)構(gòu)，接收位于地下3層。盾構(gòu)進(jìn)洞處隧道中心標(biāo)高為-16.179 m，地坪標(biāo)高為5.30 m，底板到地面深約25.2 m。洞圈直徑7 100 mm，隧道外徑6 600 mm，盾構(gòu)外徑6 760 mm，洞圈底面與底板面的距離為710 mm。車站站體采用疊合墻結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻為永久結(jié)構(gòu)的一部分，地下連續(xù)墻厚度1 200 mm，鋼筋混凝土內(nèi)襯厚度為800 mm。

端頭井盾構(gòu)到達(dá)地基加固采用三軸攪拌樁+夾縫高壓旋噴樁聯(lián)合加固，沿推進(jìn)方向加固長(zhǎng)度為10 m，寬度為30 m，使用Φ850@600三軸攪拌樁（套打+搭接）作為地基加固方式，樁深25.558 m。地連墻與加固區(qū)夾縫采用Φ1 000@700雙高壓旋噴樁進(jìn)行加固。

地質(zhì)情況為洞門位于第⑤1-2層灰色粉質(zhì)黏土夾粉土，其上下分別為④1-1層灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤2-1層灰色砂質(zhì)粉土。⑤1-2層土靜力觸探（Ps）平均值約為1.27 MPa，含云母、有機(jī)質(zhì)，夾薄層粉性土，層頂夾稍多粉性土，局部土質(zhì)較純?yōu)轲ね?，軟塑狀態(tài)。⑤2層土中含有微承壓水。④1-1層、⑤1-2層土質(zhì)均具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度的特性。

2 泡沫混凝土定義及特性

現(xiàn)澆泡沫混凝土，即在施工工地現(xiàn)場(chǎng)制成泡沫（泡沫劑水溶液），再將泡沫加入由骨料、水泥、摻合料、外加劑及水等制備的漿料中，經(jīng)混合攪拌，泵送至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)澆施工，經(jīng)養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)多孔混凝土。由于其內(nèi)部氣泡為獨(dú)立的封閉氣泡，因此泡沫混凝土具有很強(qiáng)的防水性能。經(jīng)過對(duì)氣泡引入量的調(diào)整，產(chǎn)生的泡沫混凝土強(qiáng)度不同。通過添加一定的外加劑如速凝劑、早強(qiáng)劑等，可以使水泥盡早凝結(jié)硬化增加早期強(qiáng)度，因此泡沫混凝土又有一定的自密性。

本工程所使用的泡沫混凝土即為現(xiàn)場(chǎng)拌制，水泥加水在攪拌機(jī)內(nèi)充分?jǐn)嚢韬?，引入由泡沫制備機(jī)生產(chǎn)的泡沫，并添加一定比例的外加劑，最后由高壓泵通過膠管輸送至鋼筋混凝土擋墻圍成的箱體內(nèi)。

3 泡沫混凝土箱體施工

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 材料方面

采用水泥作為泡沫混凝土的主要膠凝材料。水泥應(yīng)足量提前進(jìn)場(chǎng)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)澆筑施工需要。泡沫劑由專業(yè)廠家提供，同時(shí)應(yīng)提供一定比例的穩(wěn)泡劑。外加劑如速凝劑、早強(qiáng)劑等材料也應(yīng)是正規(guī)廠家生產(chǎn)的，有質(zhì)量保證的材料。用水最好為自來水。

3.1.2 機(jī)械工器具

主要生產(chǎn)設(shè)備有專用水泥漿攪拌機(jī)、泡沫制備機(jī)等機(jī)械設(shè)備。輔助設(shè)備用具有散裝水泥儲(chǔ)罐、高壓泵、輸送軟管及水箱等。檢測(cè)儀器應(yīng)備有水泥計(jì)量裝置、電子秤、100 mm×100 mm×100 mm試模、大于1 L的量杯、平口刀等。

相關(guān)施工設(shè)備在施工前應(yīng)進(jìn)行檢查，通過維保、調(diào)試及試運(yùn)行，保證設(shè)備在施工過程中完好有效。同時(shí)要確保泡沫混凝土澆筑期間的電源供應(yīng)連續(xù)不間斷。

3.1.3 配合比設(shè)計(jì)

泡沫混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗壓強(qiáng)度、密度和易性等要求，通過計(jì)算和試配確定，同時(shí)參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，抗壓試配強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)值的1.05倍。新拌泡沫混凝土宜大于或等于400 mm的流動(dòng)度。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知：在水泥品種、材料組成、配和比及泡沫制備工藝相同的前提下，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度和干密度之間具有良好的正相關(guān)性。因而能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)泡沫混凝土的濕密度，進(jìn)而把握泡沫混凝土干密度，以確定控制泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的目標(biāo)。綜合考慮盾構(gòu)機(jī)重量、泡沫混凝土自重和切削難易程度等因素，泡沫混凝土強(qiáng)度依箱體高度設(shè)定兩個(gè)級(jí)別：盾構(gòu)穿越區(qū)域約8 m高度范圍內(nèi)泡沫混凝土強(qiáng)度擬定0.8 MPa～1.2 MPa，其他范圍均為1.2 MPa～2.0 MPa。根據(jù)預(yù)定的泡沫混凝土強(qiáng)度以及強(qiáng)度與密度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)、調(diào)整泡沫混凝土的濕密度。根據(jù)JGJ/T 341-2014《泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》可知，泡沫混凝土干密度與強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表 1 泡沫混凝土干密度等級(jí)與強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.1.4 鋼筋混凝土剪力墻施工

綜合考慮洞門尺寸，既有結(jié)構(gòu)相對(duì)位置（盡可能利用既有站體結(jié)構(gòu)），盾構(gòu)機(jī)本體長(zhǎng)度，刀盤前預(yù)留的安全距離及盾構(gòu)兩側(cè)預(yù)留施工作業(yè)的操作空間要求、盾構(gòu)安全進(jìn)入泡沫混凝土箱體等因素，確定箱體內(nèi)凈尺寸為9.2 m（長(zhǎng)）×9.35 m（寬）×10.3 m（高），新澆筑的鋼筋混凝土剪力墻厚約300 mm～400 mm（內(nèi)部布置雙層雙向鋼筋），提前7 d～10 d澆筑完成并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以保證澆筑泡沫混凝土?xí)r墻體混凝土有一定的強(qiáng)度，滿足泡沫混凝土擋墻要求。

3.1.5 洞門圍護(hù)破除

在盾構(gòu)到達(dá)加固土體前對(duì)加固土體進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估后，方可進(jìn)行洞門處鋼筋混凝土地下連續(xù)墻人工鑿除。鋼筋混凝土地連墻厚度1 200 mm，墻內(nèi)布置雙層雙向鋼筋。為縮短土體暴露時(shí)間，鑿除應(yīng)至少安排兩個(gè)班組連續(xù)不間斷進(jìn)行，鑿除后及時(shí)將混凝土渣土清除干凈。

3.2 泡沫混凝土施工

由于水泥用量較大，泡沫混凝土要滿足連續(xù)澆筑的要求，現(xiàn)場(chǎng)使用兩個(gè)水泥儲(chǔ)罐儲(chǔ)備水泥，從水泥儲(chǔ)罐直接放料至攪拌機(jī)內(nèi)，同時(shí)按擬定比例（通過水灰比計(jì)算用水量的約80%）加水?dāng)嚢?，充分?jǐn)嚢韬笾瞥蓾{料，引入由泡沫劑、穩(wěn)泡劑和水等通過泡沫發(fā)生器制成的泡沫，并摻入一定比例的速凝劑、早強(qiáng)劑等外加劑，通過高壓泵和連接的膠管直接輸送至混凝土箱體內(nèi)。

根據(jù)箱體平面尺寸，至少應(yīng)設(shè)置兩根澆筑軟管，或者現(xiàn)場(chǎng)適時(shí)移動(dòng)澆筑軟管，以保證泡沫混凝土分層澆筑厚度偏差不宜過大。泡沫混凝土的澆筑，按照規(guī)范要求，需嚴(yán)格控制出料口與澆筑面的高度，不宜大于500 mm。由于泡沫混凝土澆筑高度較高（高10.3 m），并且沿箱體高度設(shè)計(jì)有不同的強(qiáng)度等級(jí)，所以泡沫混凝土應(yīng)分層分次澆筑，且應(yīng)適當(dāng)控制澆筑速度，以避免混凝土中的泡沫受到過度擠壓而遭到破壞，同時(shí)便于水泥凝結(jié)硬化過程中水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)放出的熱量散發(fā)。泡沫混凝土的分層澆筑，要控制上層混凝土澆筑結(jié)束，必須在下一層泡沫混凝土終凝之前。分次澆筑時(shí)，單層澆筑厚度控制在1 m～1.5 m范圍內(nèi)，第二次澆筑時(shí)間，以上次澆筑符合終凝要求為準(zhǔn)。泡沫混凝土澆筑過程中，嚴(yán)禁振搗。

為確保盾構(gòu)安全到達(dá)，在澆筑洞門底部、盾構(gòu)穿越區(qū)域及洞門上部的過程中，針對(duì)不同高度范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，在現(xiàn)場(chǎng)澆注口取樣檢測(cè)漿料的濕密度，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整泡沫的引入量。檢測(cè)頻率為剛開始澆筑及配合比調(diào)整時(shí)30 min檢測(cè)一次，待濕密度滿足要求且穩(wěn)定后一個(gè)工作班2次。同時(shí)在澆筑過程中，洞門底部、盾構(gòu)穿越區(qū)域及洞門上部各取樣制作一組抗壓試塊，采用同條件養(yǎng)護(hù)，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入箱體前，對(duì)試塊進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，為盾構(gòu)接收提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

泡沫混凝土澆筑完成待其終凝后（12 h以內(nèi)），開始澆水并加以覆蓋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（一般養(yǎng)護(hù)14 d、實(shí)際可能7 d后盾構(gòu)即進(jìn)入泡沫混凝土箱體），養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)定時(shí)灑水，讓泡沫混凝土表面處于濕潤(rùn)。

3.3 盾構(gòu)接收

從盾構(gòu)刀盤靠上土體加固體開始，直至盾構(gòu)盾尾（部分）進(jìn)入泡沫混凝土箱體，即為盾構(gòu)接收整個(gè)過程。待泡沫混凝土養(yǎng)護(hù)7 d后，且泡沫混凝土抗壓試塊檢測(cè)強(qiáng)度滿足擬定的強(qiáng)度要求，方可允許盾構(gòu)機(jī)切入泡沫混凝土箱體。接收推進(jìn)過程中，合理控制總推力、刀盤轉(zhuǎn)速、推進(jìn)速度、土壓力、出土量、同步注漿壓力和注漿量等盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，同時(shí)適當(dāng)向土倉(cāng)加注泡沫劑，以改良土體成流塑狀。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至預(yù)定位置后，及時(shí)進(jìn)行二次注漿（打環(huán)箍），注漿用料分別選用雙液漿和單液漿。

3.4 泡沫混凝土破除

在二次注漿（環(huán)箍）施工完成并達(dá)到預(yù)期效果后，開始鑿除洞門處的泡沫混凝土并進(jìn)行洞門封堵。首先從洞門頂部位置開始鑿除至盾殼處，觀察盾尾與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻的相對(duì)位置。泡沫混凝土的破除從盾構(gòu)頂部開始，向兩側(cè)推進(jìn)，暴露出洞門處結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)埋的鋼洞圈及盾尾，用弧形鋼板將盾尾與洞門圈處預(yù)留鋼板焊接。洞門封堵過程中必須做到挖一塊區(qū)域封一塊鋼板，即開挖大約一塊弧形鋼板的長(zhǎng)度后，隨即用弧形鋼板進(jìn)行焊接，不得大范圍開挖，將滲漏風(fēng)險(xiǎn)暴露時(shí)間過長(zhǎng)。從盾構(gòu)頂部向腰部推進(jìn)，最終再進(jìn)行盾殼下部洞圈封堵，直至完成整個(gè)洞門封堵。整圈弧形鋼板焊接完成后，于盾尾外露洞圈約100 mm處切割盾尾，盾尾后半部分留在洞圈內(nèi)。

洞門封堵完成后，即可使用人工配合小型挖掘機(jī)進(jìn)行鋼筋混凝土剪力墻破除和泡沫混凝土清理，破除后的渣土及時(shí)吊運(yùn)至地面裝車運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過上、下行線兩次盾構(gòu)進(jìn)洞過程的驗(yàn)證，利用泡沫混凝土箱體進(jìn)行盾構(gòu)接收，泥水滲漏情況控制效果良好，使用泡沫混凝土箱體進(jìn)行盾構(gòu)接收的方式風(fēng)險(xiǎn)可控。

泡沫混凝土澆筑過程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)泡沫混凝土的濕密度，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整泡沫的引入量，以期滿足擬定的混凝土強(qiáng)度要求。

施工過程中應(yīng)控制好豎向填筑速度。由于洞門處鋼筋混凝土地下連續(xù)墻已經(jīng)鑿除，如果澆筑速度過慢，洞門處的加固土體暴露時(shí)間過長(zhǎng)，勢(shì)必增加加固土體質(zhì)量或洞圈密封裝置缺陷導(dǎo)致發(fā)生滲漏而引起洞口水土流失或坍方的風(fēng)險(xiǎn)。反之，如果澆筑過快：一則會(huì)引起下部泡沫混凝土中的氣泡壓縮變形從而影響密度，增大水泥用量；二則水化熱在水泥凝結(jié)硬化過程中，得不到有效釋放，熱量集聚過大而產(chǎn)生溫度裂縫，達(dá)不到防水堵水效果。

同時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)控制泡沫混凝土強(qiáng)度。首先泡沫混凝土強(qiáng)度不是越高越好：若強(qiáng)度過高，增加刀盤切削阻力，且后期鑿除時(shí)難度較大而費(fèi)工費(fèi)時(shí)（尤其是人工鑿除洞門周圈處），同時(shí)增加水泥用量，經(jīng)濟(jì)性差。當(dāng)然強(qiáng)度也不能過低：其必須滿足盾構(gòu)機(jī)在泡沫混凝土箱體推進(jìn)過程中，不會(huì)產(chǎn)生頂部隆起，或盾構(gòu)機(jī)“栽頭”現(xiàn)象，使盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞后的正常姿態(tài)得以確保。

洞門處泡沫混凝土鑿除過程中，水泥在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的大量水化熱，隨鑿除過程而散發(fā)出來，導(dǎo)致作業(yè)面溫度很高，因此務(wù)必落實(shí)作業(yè)面的空氣檢測(cè)和強(qiáng)制通風(fēng)措施，防止施工作業(yè)人員中毒中暑。