武漢地鐵二號中寶區(qū)間盾構(gòu)施工孤石注漿加固技術(shù)

武漢地鐵二號中寶區(qū)間盾構(gòu)施工孤石注漿加固技術(shù)

1管片設(shè)計該項目是武漢軌道交通二號一期項目的第20個建設(shè)項目。中寶區(qū)從西蔡路開始，向東南走至武隆路。該路段大部分地區(qū)都有自己的建筑。線路縱坡設(shè)計為“V”型坡,最大坡度為27.600‰,最小坡度為3.850‰,區(qū)間最大埋深為20.4m,最小埋深9.2m。區(qū)間隧道為外徑6m,內(nèi)徑5.4m,管片拼裝襯砌的單洞圓形隧道,管片采用寬1500mm,厚300mm的45mm楔形量的通用楔形環(huán),管片為砼C50,S12。中寶區(qū)間右線隧道采用海瑞克439土壓平衡盾構(gòu)機進行施工,盾構(gòu)機盾體外徑為6240mm,刀盤外徑6280mm(見圖1)。2在坍塌分辨率的分析中2.1中至微風(fēng)化石英砂巖5400環(huán)根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)勘察報告及補堪說明揭示,孤石段處于里程DK20+230～DK20+260段(即410～450環(huán)),孤石巖性為中至微風(fēng)化石英砂巖,個別孤石單軸抗壓強度達到130MPa左右,孤石與四周地層性質(zhì)差異大。此段地鐵隧道主要從粘性土中通過,其中洞頂為含碎石粘土,洞身為含碎石粘土、粉質(zhì)粘土,洞底為含碎石粘土、粉質(zhì)粘土。2.2世紀60年代建筑根據(jù)地質(zhì)勘查報告中所描述孤石位置,其地面建筑物為省二建家屬院,與隧道中心線的平面關(guān)系為家屬院在隧道中心線右側(cè)5～8m,在隧道中心線左側(cè)12～15m,該樓為20世紀60年代初建筑物,磚混結(jié)構(gòu),建筑平面為矩形,長約20m,寬約11m,其中二樓、三樓、四樓有四家住戶采用型鋼構(gòu)件從窗臺向外搭建,擴大建筑面積,最大外挑2m,院內(nèi)東側(cè)有一排瓦房,房頂鋪設(shè)石棉瓦,裂紋到處可見,穩(wěn)定性極差,西側(cè)人行道上有彩鋼簡易小吃店鋪。2.3掘進安全風(fēng)險孤石段盾構(gòu)掘進施工中孤石易隨刀盤轉(zhuǎn)動而發(fā)生運動,會對地層產(chǎn)生較大影響,掘進過程中速度緩慢、扭矩跳變、推力較大,且刀盤可能會被圍巖卡住,出土量較難控制,易引起地面較大沉降,在該地層中掘進施工技術(shù)難度大、安全風(fēng)險大。3單帶結(jié)構(gòu)施工措施3.1隧道結(jié)構(gòu)下鉆孔布置為了進一步掌握孤石的位置、大小及巖芯強度,對AK20+185～AK20+250段進行地質(zhì)補勘,即在410～455環(huán)范圍內(nèi),按照梅花樁布置,共布設(shè)鉆孔108個,深度處于隧道結(jié)構(gòu)下1m。派專人對沿線路面勘探孔封孔質(zhì)量進行檢查,若發(fā)現(xiàn)勘探孔沒有進行封堵或者封堵不到位,項目部組織人員進行有效封堵,為保證以后盾構(gòu)機壓氣換刀提供條件,且避免泡沫或者漿液從勘探孔冒出。3.2地層注漿和清倉根據(jù)目前地質(zhì)補勘情況,所謂孤石是10-2層碎石土中較大的石塊,盾構(gòu)掘進過程中應(yīng)注意觀察,萬一遇到較大石塊,采用開倉處理,具體步驟如下:(1)第一步:土倉內(nèi)置換。洞內(nèi)通過土倉壁上的球閥,利用盾尾同步注漿系統(tǒng)對土倉內(nèi)進行充填砂漿。通過頂部球閥泄水;漿液采用水泥砂漿,漿液配合比為:水泥:膨潤土:粉煤灰:砂=50kg:120kg:180kg:660kg,注漿量約30m3;充過程中控制土倉壓力在1.5bar～3.0bar之間,避免壓力過小或過大。壓力太小地面出現(xiàn)沉降,壓力太大對主軸承不利;填充過程中以不大于0.8的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動刀盤,將土倉內(nèi)的泥漿和漿液進行拌合;填充過程中反轉(zhuǎn)螺旋,確保螺旋不被漿液凝固。(2)第二步:超前注漿進行地層加固。通過盾構(gòu)機前方的超前注漿孔,利用二次注漿機進行超前注漿。選擇1點和11點的超前注漿孔進行注漿;在6m長80mm的鋼管上進行梅花形布孔,孔徑8mm,縱向間距為10cm,制作成鋼花管;漿液采用P.O32.5R水泥漿液和水泥-水玻璃雙液漿;將制作好的鋼花管打入超前注漿孔進行注漿。先注水泥漿,注漿壓力控制在0.3～0.4Mpa,壓力穩(wěn)定后持續(xù)進行注漿,直至壓力上升后,再注20～30min,然后注雙液漿封孔。(3)第三步:開倉清理。開倉前首先對土倉進行檢查。先打開土倉壁上上的兩個球閥,利用粗細10mm左右的鋼筋向土倉內(nèi)砸入,根據(jù)砸入的情況判斷凝固的情況,如漿液已變?yōu)樗軤钋覠o水流出,則表明可進行下一步的開倉工作。打開人閘內(nèi)的土倉門,觀察倉內(nèi)土體情況,用鋼釬打孔若干后,觀察有無噴涌現(xiàn)象。若無噴涌現(xiàn)象且掌子面情況穩(wěn)定,則直接對土倉內(nèi)的土體進行人工清理。清倉利用揚鎬、鐵鍬,采用編織袋裝土,人工送上皮帶機。再由皮帶機送往渣土車。清倉過程中,保留刀盤開口及切口環(huán)處水泥,盡量不擾動刀盤開口和切口環(huán)處的土體。如鑿除過程中部分地方過鑿,立即用快硬水泥封堵。在清理到9點位的球閥時,將球閥周圍的土體清理干凈,將抽風(fēng)機接到球閥的外側(cè),進行土倉內(nèi)的通風(fēng)。根據(jù)情況,一邊清理,一邊對掌子面薄弱點進行封堵,保證掌子面穩(wěn)定。在清倉過程中如果底部有水滲出,則及時用水泵抽水。(4)第四步:破巖。人工進倉選用巖石分裂機或者風(fēng)鎬對孤石進行破碎(5)第五步:盾構(gòu)機脫困。由于該處隧道洞身所在范圍土體基本為含碎石粘土,抗剪強度較低,不會造成盾構(gòu)機盾殼被裹死,所以該次盾構(gòu)機脫困較為容易。但項目部仍然比較小心謹慎,為防止盾尾鉸接壓力過大導(dǎo)致鉸接油缸斷裂,在脫困過程中,在中盾和盾尾之間加焊連接鋼板。(6)第六步:恢復(fù)推進。由于土倉為空倉狀態(tài),土倉無法在較短的時間內(nèi)建立起來。為防止地面沉降,恢復(fù)推進前,首先將土倉內(nèi)建立1.5bar的氣壓,再進行推進。4工程措施及要求(1)密切關(guān)注掘進參數(shù)變化。盾構(gòu)機通過孤石地層時,盾構(gòu)掘進參數(shù)會發(fā)生較大變化,且盾構(gòu)機會有異常情況,比如掘進震動大;推力、扭矩突然增大;盾構(gòu)機有異響等,在盾構(gòu)機臨近孤石地層時,派專人到前盾監(jiān)聽土倉聲音變化,盾構(gòu)機司機密切觀察推進參數(shù)的變化,根據(jù)這些變化判斷是否遇到孤石。(2)控制推進參數(shù)。(1)盾構(gòu)掘進孤石地層前參數(shù)控制,盾構(gòu)機臨近孤石地層時,將貫入度嚴格控制在10mm左右;(2)盾構(gòu)掘進孤石地層時參數(shù)控制,推力:盾構(gòu)機在此段地層中掘進的推力控制范圍1200～1500t。扭矩:盾構(gòu)機在此段地層中掘進的扭矩控制范圍1500～2000KN·m。刀盤轉(zhuǎn)速:盾構(gòu)機在此段地層中掘進的刀盤轉(zhuǎn)速為1.0～1.3rpm。貫入度:盾構(gòu)機在此段地層中掘進貫入度控制在2～5mm。(3)加強地面監(jiān)測。盾構(gòu)機經(jīng)過此地層時,對地層會產(chǎn)生較大擾動,測量組加強人力物力,24h值班監(jiān)測地面情況,加強監(jiān)測頻率,特別是對于敏感建筑物的監(jiān)測,要保證監(jiān)測數(shù)據(jù)及時、真實,使監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)Χ軜?gòu)施工起到指導(dǎo)性的作用,同時加強地面巡視力度,若發(fā)現(xiàn)地面任何異常情況發(fā)生,立刻向項目部領(lǐng)導(dǎo)及盾構(gòu)機隊長匯報,保證盾構(gòu)機安全、順利通過孤石地層。(4)加強同步注漿及二次注漿。孤石地層盾構(gòu)施工會對地層產(chǎn)生較大擾動,使得土體出現(xiàn)超挖現(xiàn)象,在此段施工中,對同步注漿及二次注漿要有足夠的重視,同步注漿量要保證在7m3以上,注漿壓力控制在0.25Mpa左右,使管片與土體間間隙及時得到填充;因同步注漿漿液會發(fā)生收縮或者流失,所以二次注漿工作要及時跟進,二次注漿人員要跟班工作,全力保證施工需求。(5)設(shè)備及后配套檢查、保養(yǎng)。盾構(gòu)機臨近時,應(yīng)選擇地層條件較好的地段對刀具進行檢查,必要時進行更換,且對保壓系統(tǒng)進行檢查,確保保壓系統(tǒng)能夠滿足壓氣換刀;對管片車、渣車、軌道等后配套加強檢查、保養(yǎng),確保孤石地層盾構(gòu)施工時物資材料能夠及時