摘要：本文以某地鐵區(qū)間盾構(gòu)接收施工為例，介紹了冷凍法加固洞門土體的情況下盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞施工工序，主要闡述了盾構(gòu)進(jìn)洞過程中的盾構(gòu)掘進(jìn)與洞門處理的施工配合以及洞門縮小裝置、管片密封裝置及洞門封堵注漿等施工方法。

　　關(guān)鍵詞：盾構(gòu)進(jìn)洞,冷凍法加固,施工配合,洞門縮小裝置

　　1 前言

　　盾構(gòu)進(jìn)洞作為盾構(gòu)法隧道施工的最后一道關(guān)鍵工序，能否順利完成進(jìn)洞接收直接決定著盾構(gòu)隧道施工的成敗。盾構(gòu)接收前，需要對(duì)盾構(gòu)接收架進(jìn)行安裝、定位，同時(shí)需保證洞門接收區(qū)域土體加固效果滿足要求，防止盾構(gòu)進(jìn)洞過程中發(fā)生涌水涌砂、土體涌入盾構(gòu)井等事故發(fā)生。

　　因此，盾構(gòu)進(jìn)洞接收施工中必須把握盾構(gòu)掘進(jìn)與洞門處理的施工配合，為盾構(gòu)進(jìn)洞做好充分準(zhǔn)備，將施工風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

　　2 盾構(gòu)進(jìn)洞工程概況

　　該區(qū)間長(zhǎng)度859m，共716環(huán)。

　　2.1地質(zhì)情況

　　圖2-1 盾構(gòu)接收洞門位置地質(zhì)剖面圖

　　該區(qū)間地層地質(zhì)條件復(fù)雜，盾構(gòu)接收段穿越的地層主要為⑤1粉質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥2粉土、⑦2粉土等土層，距隧道下方2.8m左右存在一層厚度約3m的⑦4粉砂層，盾構(gòu)接收時(shí)有涌砂涌水的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2.2 盾構(gòu)接收加固方式

　　根據(jù)本工程的地質(zhì)及場(chǎng)地條件情況，盾構(gòu)接收地基加固主要采用水平凍結(jié)加固的工法施工。

　　1、凍結(jié)體加固范圍

　　盾構(gòu)進(jìn)洞土體采用“杯狀”凍結(jié)，加固范圍為：凍結(jié)長(zhǎng)度為11m，前3m全斷面凍結(jié)加固，后8m環(huán)形凍結(jié)加固。盾構(gòu)隧道自705環(huán)進(jìn)入冷凍加固區(qū)域，711環(huán)位置刀盤進(jìn)入凍結(jié)加固體。

　　2、孔位布置

　　凍結(jié)孔共分4圈進(jìn)行布置：

　　第一圈(A圈)：圈徑7.5m，長(zhǎng)度11m，采用放射性布管;第二圈(B圈)：圈徑5.1m，長(zhǎng)度3m;第三圈(C圈)：圈徑2.7m，長(zhǎng)度3m;第四圈(中心D圈)：長(zhǎng)度3m。

　　3 盾構(gòu)進(jìn)洞施工

　　3.1 施工工藝流程

　　3.2 進(jìn)入加固區(qū)域前施工準(zhǔn)備

　　本施工階段為盾構(gòu)切口推進(jìn)696環(huán)至704環(huán)期間。

　　3.2.1第一次洞門鑿除

　　根據(jù)本次接收的施工特點(diǎn)，洞門鑿除分二次進(jìn)行(地下連續(xù)墻厚度為1m)。在洞門鑿除施工過程中，通過洞門混凝土上的開孔，進(jìn)一步確認(rèn)凍結(jié)情況。在洞門混凝土鑿除前，洞門封堵材料需保證就位。

　　第一次洞門鑿除700mm，在盾構(gòu)接收前15天左右開始，推進(jìn)至加固區(qū)前5環(huán)左右需完成。

　　3.2.2 接收前盾構(gòu)施工措施調(diào)整

　　(1)調(diào)整同步注漿漿液

　　將同步注漿漿液稠度提高至10s，減小漿液凝固時(shí)間，增強(qiáng)注漿止水效果。

　　(2)管片背部粘貼海綿條

　　圖3-2 管片背部粘貼海綿條

　　在盾構(gòu)管片外側(cè)每2環(huán)粘貼一道海綿條，提高管片外側(cè)防水效果。

　　(3)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)

　　進(jìn)入加固區(qū)前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密復(fù)核，根據(jù)洞門復(fù)測(cè)的結(jié)果，及時(shí)對(duì)軸線偏差進(jìn)行調(diào)整，使盾構(gòu)推進(jìn)軸線盡量接近設(shè)計(jì)軸線。

　　(4)超挖刀開啟試驗(yàn)

　　進(jìn)入加固區(qū)前，對(duì)盾構(gòu)超挖刀進(jìn)行開啟試驗(yàn)，檢驗(yàn)超挖刀工作狀態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行維修處理。

　　3.2.3 安裝洞門縮小裝置

　　待第一層洞門混凝土、鋼筋破除后，開始安裝洞門縮小裝置。

　　用4mm花紋鋼板沿著洞圈制作兩圈弧形鋼板，鋼板沿徑向?qū)挾葹?0cm，內(nèi)徑比盾構(gòu)外徑略小，并用三角筋板支撐牢固。花紋鋼板之間搭接約50mm，兩圈花紋鋼板間放置300mm×250mm海綿等充填物，并固定牢靠。三角筋板采用10mm厚鋼板，筋板間距35cm。位于基座軌道之間的60°范圍內(nèi)弧形板采用8mm厚鋼板，徑向?qū)挾葹?4cm。

　　洞門縮小裝置作用是：

　　①縮小盾殼與洞圈間隙，盾構(gòu)進(jìn)入洞圈時(shí)，弧形板可以少量變形，從而箍緊盾殼，有效防止水土流失;

　　②可以向盾殼與弧形鋼板之間的間隙內(nèi)填塞海綿等;

　　③有一個(gè)穩(wěn)定的后靠是填塞進(jìn)去的堵塞物不至于在壓力下跑出來。弧形板加工時(shí)必須根據(jù)盾構(gòu)接收前的軸線偏差值與洞門中心偏差值來計(jì)算洞圈內(nèi)不同角度弧形板的徑向?qū)挾龋M量使弧形板內(nèi)圓心與盾構(gòu)切口面圓心重合，以便弧形板能均勻箍緊盾殼。

　　3.2.4 安裝洞圈注漿管

　　在安裝洞門縮小裝置的同時(shí)，在洞圈內(nèi)側(cè)焊接5根注漿管，并將其與洞門縮小裝置進(jìn)行密封連接，作為盾構(gòu)進(jìn)洞接收后封堵洞門的注漿管路。注漿管采用φ40鋼管，具體布置如圖。

　　3.3 盾構(gòu)進(jìn)加固區(qū)域掘進(jìn)段施工措施

　　本施工階段為盾構(gòu)切口推進(jìn)705環(huán)至710環(huán)期間。

　　3.3.1 盾構(gòu)施工措施

　　(1)開啟超挖刀

　　盾構(gòu)刀盤進(jìn)入加固區(qū)域后，掘進(jìn)過程中開啟超挖刀，開啟長(zhǎng)度為6cm，開啟位置設(shè)定為注漿殼處，從而減小盾構(gòu)推力，防止盾構(gòu)機(jī)注漿殼處卡死。

　　(2)加大盾尾油脂注入

　　盾構(gòu)推進(jìn)過程中，將盾尾油脂注入量加大至65kg/環(huán)，提高盾尾密封效果。

　　(3)調(diào)試模式下施工

　　將盾構(gòu)施工模式切換至調(diào)試模式，確保管片拼裝過程中盾構(gòu)刀盤不停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止盾構(gòu)刀盤凍死。

　　3.3.2 凍結(jié)管拔出和凍結(jié)

　　盾構(gòu)切口距凍結(jié)體0.5m時(shí)，開始拔出洞口前方影響范圍內(nèi)的水平凍結(jié)管，共21根。洞圈內(nèi)的21根水平凍結(jié)管拔出后需要對(duì)凍結(jié)管進(jìn)行臨時(shí)的填充和封堵，防止泥、水從孔內(nèi)滲漏。具體方法和步驟如下：

　　(1)拔管順序：拔出盾構(gòu)接收口內(nèi)的三圈孔，先拔第三圈的同時(shí)第二圈、第一圈孔繼續(xù)冷凍。第三圈孔拔完后開始拔第二圈孔，拔出第二圈孔時(shí)要間隔拔除，未拔除的相臨孔繼續(xù)冷凍。最后拔除第一圈中心孔，未拔除的最外圈凍結(jié)孔繼續(xù)冷凍。

　　(2)水平孔管拔除：用熱鹽水循環(huán)解凍15～25分鐘后，利用48#大牙鉗轉(zhuǎn)動(dòng)凍結(jié)管，用2噸手拉葫蘆拔出凍結(jié)管(連同孔口管一起拔除)。手拉葫蘆固定在搭設(shè)的腳手架上，凍結(jié)管范圍內(nèi)的腳手架須特殊加固使其與槽壁緊密連接便于力的傳遞。

　　上述方法不能拔出凍結(jié)管時(shí)，利用兩個(gè)5噸千斤頂架設(shè)在槽壁上，水平向外頂推凍結(jié)管，兩種拔管具體操作見下圖。

　　(3)拔管后用粘土或低標(biāo)號(hào)水泥砂漿封孔。

　　(4)凍結(jié)管的拔除作業(yè)在24h內(nèi)完成，并及時(shí)回凍。

　　由于短期加熱強(qiáng)制式化凍的凍土融化范圍有限，在拔管后的兩天內(nèi)，會(huì)自然回凍，然后凍土在慢慢融化，一般十至十五天，凍土失去承載力。最后又外及內(nèi)逐漸融化整個(gè)凍土層，整個(gè)化凍時(shí)間大約相當(dāng)于凍結(jié)時(shí)間。

　　3.4 盾構(gòu)凍結(jié)體掘進(jìn)段施工措施

　　本施工階段為盾構(gòu)切口推進(jìn)711環(huán)至713環(huán)期間。

　　3.4.1 盾構(gòu)施工措施

　　(1)降低土倉壓力

　　將盾構(gòu)土倉壓力逐漸降低至1.0MPa，防止盾構(gòu)機(jī)頂破洞門土體，并能夠降低盾構(gòu)推力和扭矩，減小盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)洞門加固區(qū)域的擾動(dòng)。

　　(2)調(diào)整同步注漿

　　此時(shí)，盾尾已進(jìn)入加固區(qū)域，因此將同步注漿量減小至3m3/環(huán)，并適當(dāng)減小注漿壓力，防止同步注漿漿液對(duì)加固體產(chǎn)生破壞。

　　3.4.2 第二次洞門鑿除

　　當(dāng)盾構(gòu)切口距地連墻0.5m時(shí)，開始對(duì)地連墻剩余300mm砼進(jìn)行鑿除，并對(duì)成環(huán)管片連接件進(jìn)行復(fù)緊，確保管片連接緊密，防止盾構(gòu)接收過程中隧道的變形。

　　3.5 盾構(gòu)進(jìn)洞段施工措施

　　本施工階段為盾構(gòu)切口推進(jìn)714環(huán)至拼裝完成716環(huán)期間。

　　3.5.1 盾構(gòu)施工措施

　　(1)關(guān)閉超挖刀

　　盾構(gòu)刀盤距地連墻1m時(shí)，關(guān)閉超挖刀，防止超挖刀接觸地連墻鋼筋混凝土造成損壞。

　　(2)排凈土倉內(nèi)土體

　　在盾構(gòu)切口距離洞門1m時(shí)，盡可能出空平衡倉內(nèi)的泥土，使切口正面的平衡壓力降到最低值，以確保洞門鑿除的施工安全。

　　(3)盾尾壓注環(huán)箍

　　在刀盤靠上地連墻后，在盾尾第2環(huán)開始通過管片的注漿孔壓注環(huán)箍，漿液為雙液漿。環(huán)箍注漿每孔注漿量為0.4-0.5m3，可根據(jù)注漿壓力及時(shí)調(diào)整注漿量，壓注順序?yàn)閺南碌缴稀７乐節(jié){液在土體中流動(dòng)路徑過長(zhǎng)，漿液的初凝時(shí)間不能過長(zhǎng)。

　　(4)液壓油頂準(zhǔn)備

　　當(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越洞門鋼環(huán)時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)存在外置注漿殼，可能發(fā)生注漿殼與凍結(jié)體、洞門鋼環(huán)卡住的情況，因此提前準(zhǔn)備好液壓油頂，當(dāng)推力過大時(shí)啟動(dòng)液壓油頂，確保盾構(gòu)順利進(jìn)洞。

　　(5)快速推進(jìn)、拼裝管片

　　洞門混凝土鑿除完畢，洞圈內(nèi)清理干凈后，盾構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)并拼裝管片，盡量縮短盾構(gòu)接收時(shí)間。

　　(6)減少同步注漿量

　　由于同步注漿漿液硬化速度慢，為了防止?jié){液從洞門圈冒出，同步注漿量減少為2m3/環(huán)。另外，每推進(jìn)一環(huán)都要壓注環(huán)箍，壓注位置為盾尾2環(huán)處。為了充分填補(bǔ)加固區(qū)與原狀土的分界面位置的空隙，在其分界面環(huán)箍壓注過程中，可適當(dāng)增加注漿量，但注漿壓力不得過高。

　　3.5.2 安裝管片弧形鋼板

　　由于接收洞門加固采用凍結(jié)法，所以采用一次接收方式，進(jìn)洞環(huán)采用被覆鋼板。當(dāng)洞門處最后一環(huán)管片拼裝完成后，迅速在洞圈與管片之間焊接一道弧形鋼板，將被覆鋼管片和洞圈封閉連接，防止水土流失。弧形板采用10mm厚的鋼板，寬度為300mm。

　　3.5.3 盾構(gòu)進(jìn)洞后注漿封堵洞門

　　盾構(gòu)機(jī)完成最后一環(huán)管片拼裝后，利用鋼環(huán)內(nèi)側(cè)預(yù)埋的注漿管對(duì)洞圈間隙進(jìn)行注漿，封堵洞圈與管片間隙。注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配合比為1:1，注漿壓力控制在0.3-0.5MPa。注漿順序?yàn)樽韵露希?dāng)最上方注漿壓力達(dá)到0.5 MPa時(shí)，即可停止注漿。此時(shí)，盾構(gòu)進(jìn)洞接收施工全部結(jié)束。

　　4 施工控制措施

　　針對(duì)冷凍加固區(qū)域盾構(gòu)施工的特殊性，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工，降低接收施工風(fēng)險(xiǎn)，保證盾構(gòu)進(jìn)洞施工安全。

　　4.1 盾構(gòu)參數(shù)控制

　　(1)嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面平衡壓力

　　接收段盾構(gòu)施工過程中嚴(yán)格控制切口平衡土壓力，盡量減少平衡壓力的波動(dòng)。土壓力設(shè)定根據(jù)實(shí)際施工過程中根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況及時(shí)加以調(diào)整，進(jìn)入加固區(qū)后逐步減小土倉壓力。

　　(2)嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)速度

　　盾構(gòu)接收階段施工時(shí)，應(yīng)盡量做到均衡施工，減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，避免在途中有較長(zhǎng)時(shí)間耽誤，推進(jìn)速度在1-3cm最為適宜。

　　(2)嚴(yán)格控制盾構(gòu)推力

　　盾構(gòu)接收區(qū)域施工過程中，必須控制刀盤油壓和盾構(gòu)總推力不得過大，防止洞門混凝土裂縫。

　　(3)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)

　　為確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，使盾構(gòu)均衡勻速施工，盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大，每2-3環(huán)檢查管片超前量，推進(jìn)時(shí)不急糾，不猛糾。同時(shí)多注意觀察管片與盾殼的間隙，采用穩(wěn)坡法推進(jìn)，以減少盾構(gòu)施工對(duì)地面的影響。

　　(4)嚴(yán)格控制盾尾油脂壓注

　　在同步注漿量充足的前提下，盾構(gòu)機(jī)的盾尾密封功能就顯得特別重要，為了順利安全的接收，必須切實(shí)做好盾尾油脂的壓注工作。每班上班時(shí)確保儲(chǔ)桶內(nèi)有充足的油脂，勤檢查。

　　4.2 盾構(gòu)防凍措施

　　為防止盾構(gòu)在穿越加固區(qū)時(shí)被凍住，采用以下措施：

　　(1)在穿越加固區(qū)過程中，停機(jī)狀態(tài)下保持刀盤至少15分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一次;

　　(2)安排人員24小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)值班，確保機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免因機(jī)械故障原因而停止推進(jìn);

　　(3)穿越加固區(qū)前對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行正常。

　　5 結(jié)束語

　　考慮到盾構(gòu)進(jìn)洞接收洞門下方存在砂層，施工中易發(fā)生涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，因此該區(qū)間盾構(gòu)接收加固采用冷凍法。本工程通過對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工與洞門處理施工的進(jìn)行合理的組織配合，充分利用了盾構(gòu)進(jìn)洞施工的時(shí)間效應(yīng)，并采取了洞門縮小裝置、管片密封裝置及洞圈封堵注漿等具體措施，有效的規(guī)避了進(jìn)洞接收的施工風(fēng)險(xiǎn)，整個(gè)接收過程中未發(fā)生漏水現(xiàn)象，保證了盾構(gòu)進(jìn)洞順利完成，達(dá)到了預(yù)期的施工效果。

　　本文所介紹的冷凍法盾構(gòu)進(jìn)洞接收施工方法具有很強(qiáng)的實(shí)效性，對(duì)于其他冷凍法盾構(gòu)接收施工具有廣泛的推廣性和借鑒性，能夠指導(dǎo)盾構(gòu)接收過程中盾構(gòu)掘進(jìn)與洞門處理的施工配合。