1、工程概况
南湖立交站~高峰站区间为地下区间, 本区间起于南湖立交节点立交以北, 由南湖立交站出站后, 沿剑南大道下方呈南北向敷设, 线路平面有四处平曲线, 曲线最小半径600m, 最大半径1500m。区间长度1768.14m, 左右线中心线间距14.7~15.2m。区间采用盾构法施工, 其中区间YCK43+980.000处设置设1#联络通道, YCK45+020.000处设置设3#联络通道, 其中区间YCK44+430.000处设置设2#联络通道兼废水泵房, 其底板埋深约为29.720m, 采用浅埋暗挖法施工。
2、泥岩地层盾构姿态上漂原因
南湖立交站~高峰站区间为地下区间, 隧道埋深15.984~28.432m。左线盾构施工在掘进第258环~263环时, 盾构机处于强风化泥岩地层向中风化泥岩地层转变的交界带, 属于典型的上软下硬地层。此段隧道设计走向为29.349‰下坡, R1500的转弯半径, 拱顶隧道埋深11~12米。
原因分析:盾构机掘进到此地层时, 由地层变化 (强风化泥岩向中风化泥岩转变的过程) 引起的盾构机垂直姿态上漂情况。
3、关键施工技术
针对盾构机在地层变化中引起的姿态变化情况, 在施工过程中, 盾构司机要控制好掘进参数, 了解隧道地层变化图做到心中有数, 提前作出预判。时常关注盾构机姿态的变化情况, 对姿态的变化和盾构机的参数反馈情况用时作出调整, 出现异常状况时应当及时汇报并采取正确的处置措施, 及时调整掘进参数并有计划的进行姿态纠偏, 切忌“急纠、猛纠”。在进行姿态纠偏的同时, 优化管片选型, 保证管片错台控制, 确保隧道成型质量, 减少由姿态纠偏带来的管片破损、漏水、错台等质量问题。时关注同步注浆量及注浆压力, 根据成型隧道错台变化情况及时跟进二次注浆。
3.1 盾构姿态调整掘进参数
(1) 盾构推进速度控制在10~20mm。
(2) 刀盘转速在1.5~1.7rpm。
(3) 1#土仓压力控制在1.1~1.6bar。
(4) 根据刀盘转速制定相应的螺旋输送机转速, 严格进行土量管理, 泥岩地层每环 (1.5m型管片) 出土量控制在60m3, 减少土体扰动。
(5) 盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±45mm, 应尽量避免盾构机走“蛇”形, 控制每次纠偏量, 盾构机一次纠偏量不宜过大, 坚持“勤纠少纠”的原则, 控制盾构机每环姿态变化量不超过5mm, 以减少对地层的扰动, 并为管片选型及拼装创造良好的条件。
(6) 及时调整四组油缸的分区压力, 使上部油压大于下部油压, 油压差视姿态的变化而定, 如果姿态持续上漂, 可屏蔽3、9点以下的某几组油缸, 屏蔽油缸的选择需根据管片拼装进行选择。
(7) 若以上方法实施后, 盾构机姿态依然上漂, 可采取开启超挖刀, 进行超挖纠偏。
3.2 同步注浆浆液
在姿态纠偏过程中, 不仅要关注姿态变化, 同步注浆浆液起到关键作用, 包括浆液凝结时间、注浆压力、注浆量。结合泥岩地层分析, 同步注浆浆液在满足施工过程不堵管的情况下, 尽量缩短凝结时间, 加快对管片的束缚, 根据现场实践得出同步注浆浆液初凝实践控制为3h~4h最为合理。注浆压力控制在1.5bar~2bar, 每环 (1.5m型管片) 注浆量控制不低于6m2。每隔两环对管片顶部注浆孔位置开孔, 检查同步浆液的注入情况、观察初凝时间, 同步注浆配合比为水泥200, 细砂500, 粉煤灰328, 膨润土40, 水300。
3.3 洞内二次注浆
在关注盾构机姿态纠偏的同时, 洞内二次注浆的跟进起到重要作用。在泥岩地层中由管片上浮造成的管片错台、破损、漏水等质量问题较为常见, 要及时观察脱出盾尾的管片成型质量情况, 及时的跟进二次注浆频率及二次注浆量, 以保证隧道成型质量。
具体操作方法:根据本地层掘进参数, 二次注浆位置及点位选择为管片脱出盾尾后的第二环进行二次注浆, 并保证环环注浆, 在管片顶部1点、11点位置吊装孔处交叉开孔注浆, 每环只注一个点位, 注浆压力控制在0.3Mpa~0.4Mpa, 二次注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆, 水泥浆水灰比为1:1, 水玻璃 (40波美度) 与水按1:1稀释, 注入时浆液与水玻璃体积比为:水泥浆:水玻璃溶液=2.5:1, 初凝时间为20s, 每次注浆前, 验证二次注浆配合比。
3.4 管片拼装
(1) 管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水, 并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物, 在盾尾无杂物、无积水的情况下开始拼装管片。
(2) 管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序, 必须运用管片安装微调装置, 将待装的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接, 螺栓孔位置对正, 螺栓穿插容易。
(3) 盾构管片拼装时, 千斤顶不得全部缩回, 拼装完成后及时顶出千斤顶, 使之顶紧管片。
(4) 管片拼装时, 操作人员应认真操作, 拼装机动作应平缓, 避免撞击已拼装管片。
(5) 拼装时千斤顶伸出过程扶正撑靴
(6) 封顶块安装前实测并确保两邻接块间间距, 安装止水条前涂抹润滑剂, 安装时先径向插入, 调整位置后缓慢纵向顶推, 严禁借用推进千斤顶强行顶推。
(7) 管片拼装过程中, 必须严格控制管片拼装的垂直度、椭圆度及螺栓的拧紧力矩, 避免出现横、竖鸭蛋型隧道, 管片内翻、外翻等现象。
(8) 螺栓进行三次复紧, 提高管片整体抗拉浮能力, 第一次为下一环拼装完成后, 第二次为脱出盾尾后, 第三次为脱出台车后。
4、效果检验
在遇到由地层引起的垂直姿态上漂情况, 经过调整掘进参数后, 效果明显, 技术措施实施后, 管片无破损情况。
5、结束语
随着城市轨道交通的兴起, 盾构施工隧道将会碰到越来越多的泥岩地层施工。在成都地铁5号线一、二期工程泥岩地层中, 通过调整盾构机掘进参数、适时使用超挖刀纠偏、加强控制同步注浆、增加洞内二次注浆, 加强管片拼装技术措施, 克服了盾构机在上软下硬地层中的姿态持续上漂及管片质量控制问题。经过上述措施, 对泥岩复合地层盾构施工盾构机姿态控制、隧道错台、隧道纠偏是可行的。为后续类似工程中提供参考。
摘要：在全断面泥岩地层中, 为解决盾构机在掘进过程中突遇上软下硬地层变化的姿态调整和管片成型质量问题, 在工程实施过程中采取盾构掘进参数控制, 四组油缸分区油压调整, 优化管片选型, 加强管片拼装控制, 确保盾构隧道成型质量。经过成都地铁5号线一二期工程南高盾构区间施工实践, 证明以上措施在泥岩复合地层盾构隧道施工的运用是可行的, 希望能为今后类似工程提供借鉴。
关键词：泥岩地层,盾构隧道,姿态调整,施工技术
参考文献
[1] 《地铁盾构法施工技术浅析》王靖雅, 李建, 董晶
[2] 《盾构法隧道施工技术及应用》
[3] 《盾构施工技术技术》洪开荣, 吴学松
[4] 《盾构法隧道施工与验收规范》GB 50446-2017