曹志偉/ CAO Zhi-wei
(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司,北京 101116)
盾構(gòu)法隧道施工以安全、快速、機械化程度高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中,但與其它隧道施工方法一樣,盾構(gòu)隧道施工同樣受地層環(huán)境和周邊構(gòu)建筑物等影響。雜填土地層具有成分復(fù)雜、性質(zhì)不均、壓縮性高、地層承載力低等缺點,盾構(gòu)在推進過程中不僅要解決由于地層不穩(wěn)定帶來的施工風險,還要對其它風險及時采用控制措施。本文以西安地鐵15 號線細柳站~府君廟村站盾構(gòu)區(qū)間為工程背景,通過介紹幾類典型的風險控制技術(shù),在保障盾構(gòu)安全掘進的同時,為類似地層環(huán)境的盾構(gòu)施工提供工程參考。
西安地鐵15 號線細柳站~經(jīng)三十八路站區(qū)間隧道左線長697.601m,右線隧道長750.406m,隧道拱頂覆土10.128~15.673m。經(jīng)三十八路站~府君廟村站區(qū)間隧道左線長969.996m,右線長885.857m,隧道拱頂覆土9.4~16.8m。兩段區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工,由經(jīng)三十八路站始發(fā),推進至府君廟村站后吊出,隨后2 臺盾構(gòu)轉(zhuǎn)場至經(jīng)三十八路站再次始發(fā),推進至細柳站后吊出。
細柳站~經(jīng)三十八路站區(qū)間地層主要為第四系堆積物,由全新統(tǒng)人工填土、上更新統(tǒng)風積新黃土、殘積古土壤、沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂中更新沖湖積粉質(zhì)黏土及粗砂等組成(圖1)。擬建場地西段及中段地形較平 坦,東 部YDK23+216~YDK23+424 段(ZDK23+216~ZDK23+426 段)地形起伏較大,該地段原為取土坑,現(xiàn)回填堆積高出周邊地面2~5m。
圖1 細柳站~經(jīng)三十八路站區(qū)間地質(zhì)剖面圖
經(jīng)三十八路~府君廟村區(qū)間地層主要為第四系堆積物,由全新統(tǒng)人工填土、沖洪積黃土狀土和粗砂,上更新統(tǒng)風積新黃土、殘積古土壤、沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂及中更新沖湖積粉質(zhì)黏土及粗砂等組成(圖2)。擬建場地整體地形較平坦,局部起伏較大,其中YDK24+165~YDK24+458段原為取土坑,低于周邊地面4~7m,且該段局部挖有5.5~8.0m 的取土坑。
圖2 經(jīng)三十八路站~府君廟村站區(qū)間地質(zhì)剖面圖
盾構(gòu)始發(fā)位置隧道埋深約9.6m,自上而下依次為素填土、新黃土、古土壤、粉質(zhì)黏土,地下水位于隧道腰線位置附近;盾構(gòu)接收位置隧道埋深約9.2m,自上而下依次為素填土、新黃土、古土壤、粗砂,地下水位于拱頂附近。如盾構(gòu)端頭加固效果不佳,始發(fā)、到達端頭因地層應(yīng)力損失嚴重,地層穩(wěn)定性差可能發(fā)生洞門涌水涌沙,地表沉降開裂,洞門坍塌的風險,故采取如下控制技術(shù)。
1)加強端頭地層加固質(zhì)量控制,府君廟村站、細柳站接收端均采用?800mm@600mm 水泥漿地面三重管旋噴樁加固。加固縱向范圍均按8m,深度為結(jié)構(gòu)下方3m,寬度為結(jié)構(gòu)側(cè)邊3m,上部加固范圍為結(jié)構(gòu)上方3m。經(jīng)三十八路站始發(fā)端頭加固采用樁型?800@600mm 雙重管旋噴樁加固C20 素樁加固,樁型為?800@1000mm。端頭加固范圍:隧道結(jié)構(gòu)外輪廓外3m,縱長8m。
2)確保盾構(gòu)以良好的姿態(tài)始發(fā)與到達。當盾構(gòu)到達盾構(gòu)頭部靠上洞門后,從盾尾1~2 環(huán)管片的注漿孔向外層土層注入雙液漿,及時截斷地層中的水向前面洞門涌入,從而形成第一道環(huán)箍擋水。當盾尾處在加固體位置,即盾構(gòu)前體和中體步上接收托架時,進行二次盾構(gòu)注漿,形成第二道環(huán)箍擋水。
3)高質(zhì)量安裝洞門防水裝置,保證防水裝置安裝前、安裝中、安裝后完好。
直徑2m 市政給水管垂直穿越經(jīng)三十八路站,交叉段約與車站中板齊平;給水管遷改后從經(jīng)三十八路站東側(cè)繞行,繞行后給水管距離車站東端頭20m,管底埋深約4m,與區(qū)間隧道平面交叉,豎向距離約7m;管道為焊接鋼管、管徑2000mm、壁厚26mm,采取如下控制技術(shù)。
1)遷改后的供水管采用鋼管,接口盡量避開隧道上方,遷改時與產(chǎn)權(quán)單位做好對接,確保管線基礎(chǔ)和接口防水能夠適應(yīng)盾構(gòu)施工引起的變形。
2)盾構(gòu)施工前,應(yīng)完成盾構(gòu)端頭地層加固和雜填土地層袖閥管加固處理,供水管兩側(cè)各2m范圍袖閥管加固至管底,應(yīng)采取措施對管線標高、地層及加固效果進行核查,確保盾構(gòu)安全穿越。
3)嚴格控制盾構(gòu)掘進參數(shù),地層損失率控制在1%以內(nèi),盾構(gòu)推進壓力上不小于0.8 倍理論水土壓力。
4)盾構(gòu)通過后及時做好同步注漿,尤其注意控制同步注漿量和注漿壓力;當盾構(gòu)通過后,及時進行二次注漿。
區(qū)間下穿出入線明挖區(qū)間,最小垂直距離2.83m,下穿長度43m,采取如下控制技術(shù)。
1)提前對下穿區(qū)域?qū)嵭行溟y管加固,穩(wěn)固主體結(jié)構(gòu)下方土體。
2)盾構(gòu)穿越過程中要嚴格控制切口平衡壓力,并對與切口壓力有關(guān)的施工參數(shù)同步進行嚴格控制,盡量減少土壓力的擾動。
3)同步注漿量和漿液質(zhì)量要嚴格控制,使用同步注漿及時充填土體空隙,從而減少施工過程中土體變形。
4)盾構(gòu)盾尾通過后7 環(huán),使用雙液漿通過管片注漿孔對地層進行二次注漿,防止土體變形。
四通攪拌站位于經(jīng)~府區(qū)間上方,攪拌站基礎(chǔ)距離隧道頂部9.02m,攪拌站料傳送通道距離隧道頂部5.8m,采取如下控制技術(shù)。
1)盾構(gòu)到達距離攪拌站基礎(chǔ)5m 位置時,將罐中水泥排放干凈;提前對攪拌站基礎(chǔ)下方土體采用注漿加固。
2)確保盾構(gòu)勻速、連續(xù)穿越攪拌站,尤其做好在下穿影響范圍內(nèi)盾構(gòu)的不停機工作;盾構(gòu)下穿過程中,協(xié)商停止攪拌站內(nèi)重型機械和材料的重復(fù)加載、卸載。
3)對水泥罐做對拉線裝置,采用6 根鋼絲繩對拉水泥罐,保證水泥罐不發(fā)生傾斜。
區(qū)間DK24+335~DK24+370 段和右線YDK24+415~YDK24+423 段為人工取土坑,坑深5.5~8.0m,距離隧道頂部1.5~2.0m。盾構(gòu)施工容易坍塌冒頂,采取如下控制技術(shù)。
1)施工前采用放坡開挖,對坑底進行清淤,清淤完成后對拱頂以上7.5m 范圍內(nèi)采用1 ∶6水泥土壓實回填,拱頂7.5m 以上地面采取素土分層夯實回填,回填后壓實度不下于0.95,取土坑處理時應(yīng)對邊坡采用放坡,確保邊坡平穩(wěn)。
2)盾構(gòu)施工應(yīng)嚴格控制推進速度和推進壓力,下穿段采用B 類管片,管片增設(shè)注漿孔,盾構(gòu)施工應(yīng)嚴格控制推進速度和推進壓力,加強同步注漿、二次注漿的控制,及時調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)和工藝,并加強監(jiān)測。
本文針對西安地鐵15 號線盾構(gòu)區(qū)間穿越雜填土地層施工過程中的五類風險,通過采用不同的控制措施,在保障盾構(gòu)順利施工的同時,有效控制了各類施工風險的發(fā)生,實現(xiàn)了安全快速施工目的,為類似地層的盾構(gòu)施工提供了工程借鑒,社會、技術(shù)、經(jīng)濟效益顯著。