富水敏感區(qū)既有地鐵站盾構接收控水技術研究

1?工程概況濟南軌道交通1號線濟南西站主體土建結構為預埋工程，方特站至濟南西站區(qū)間采用盾構法施工，盾構機在既有濟南西站實現(xiàn)接收。地鐵濟南西站結構側墻與高鐵站臺直線距離98?m，基坑圍護結構為直徑1200@1?400鉆孔灌注樁（C?35）+直徑?700@500高壓旋噴樁。濟南西站盾構接收井端頭自上向下依次為雜填土、粉質粘土、細砂層、卵石層、粘土層，其中細砂層厚約3?m，卵石層厚1~2?m不等，盾構接收端地質剖面圖如圖1所示。承壓水層主要位于細砂層、卵石層，該地區(qū)地下水極其豐富，盾構接收存在突水涌砂風險。盾構接收前，對洞門范圍底部打設水平探孔，發(fā)現(xiàn)水平孔內出現(xiàn)滲水情況，影響盾構正常接收。圖1?盾構接收端地質剖面示意2?盾構接收控水機理分析2.1?水源分析結合濟南西站工程水文地質及施工調查，分析水源主要有以下4種途徑。（1）接收加固方案是在原基坑圍護外9?m范圍內采用“旋噴加固+減壓井”的措施，但高鐵濟南西站于2011年6月開通運營，作為同期預埋的地鐵濟南西站早已回填完成，當期施工的直徑?700旋噴樁止水帷幕或已失效，新加固區(qū)與原圍護樁間隙成為砂卵石層承壓水的通道，盾構底部以下4.2~4.5?m為細砂層，富含承壓水，承壓水通過濟南西站鉆孔灌注樁間隙及失效的高壓旋噴樁止水帷幕突涌至洞門處。（2）地下水位在地面以下5~6?m，所設減壓井深度及數(shù)量無法滿足降低砂卵石層承壓水至盾構區(qū)間底板以下500~1?000?mm的需求。（3）方案中新增旋噴樁加固樁底距離地表25.24?m，局部處于承壓卵石層中，旋噴樁加固質量難以保證，可能無法完全封堵底部承壓水，無法達到理想止水效果。（4）濟南西站施工時工期緊張，土方回填可能存在級配不良情況，加之此處水位較高，造成洞門附近積水較深。從現(xiàn)場情況可以看出，涌砂涌水來源方向為兩根圍護樁間，可見樁間土流失較多，推測原基坑旋噴樁及圍護樁為底部承壓水的突涌通道。2.2?盾構接收控水機理根據分析，確定水源路徑后，有針對性地采取洞外、洞內相結合的控水措施。在盾構接收端加固范圍外側施工高壓旋噴樁，高壓旋噴樁相互咬合形成止水帷幕，且高壓旋噴樁與既有濟南西站旋噴樁及圍護樁咬合，以此達到豎向封閉水源補給通道的目的，保證盾構機接收區(qū)域安全可控。在接收洞門區(qū)域，施作止?jié){墻，采取環(huán)向注漿，在接收洞門輪廓線位置形成橫向止水帷幕，確保洞門范圍內水量可控。通過豎向、橫向止水帷幕相結合的方式，可實現(xiàn)盾構接收端重點區(qū)域安全可控。3?洞外控水措施3.1?盾構接收加固區(qū)外圍加固鑒于原加固旋噴樁或已失效，在接收端原止水帷幕樁位置增加兩排共84根直徑800?mm高壓旋噴樁，咬合原高壓旋噴樁，在加固區(qū)北側增加1排45根直徑800?mm高壓旋噴樁，具體布置如圖2所示。圖2?接收端加固區(qū)布置示意3.2?地表布設補充降水井因地下水位在地表下6?m左右，接收盾構區(qū)間底板在地表下24.5?m左右，承壓水水頭約18.5?m。為確保安全，根據粘土及砂卵石的滲透系數(shù)及降深要求，由接收端向外在加固區(qū)兩側布設直徑800?mm、井深35?m的降水井12眼（降水井在旋噴樁及水平注漿完成后實施），井內設置功率7.5?kW、揚程40?m、出水量40?m3的多級清水泵以備應急降水，通過水位觀察井判定降水效果，以此降低盾構接收涌水涌砂的風險。4?洞內控水措施4.1?安裝洞門鋼環(huán)對洞門范圍內漏水部位，預埋帶有止水閥的鋼管進行引流。在鋼環(huán)與墻體間植筋并澆筑C?40細石高強混凝土，植入鋼筋采用直徑20?mm螺紋鋼，錨固深度滿足規(guī)范要求，確保連接牢固后完成混凝土澆筑。安裝洞門鋼環(huán)的目的是確保鋼環(huán)與洞門形成整體，在鋼環(huán)上施作止?jié){墻，為止?jié){墻提供充足的錨固力。4.2?洞門止?jié){墻施工4.2.1?施工流程鋪掛首層鋼筋網并預埋帶止水環(huán)鋼管→噴射首層混凝土→鋪掛二層鋼筋網→噴射二層混凝土→養(yǎng)護，噴射混凝土標號為C?25，止?jié){墻厚度為400?mm。4.2.2?鋼筋網制作與安裝（1）鋼筋網直徑8?mm，網格間距為150?mm×150?mm，點焊成整體。（2）為保證鋼筋網安裝牢固，在混凝土初噴面植筋掛設鋼筋網。鋼筋插入圍護樁深度不小于15?cm，鉆孔內填充植筋膠。（3）鋼筋網外翻150?mm至洞門鋼環(huán)內側并與鋼環(huán)進行焊接，確保焊接效果，從而保障止?jié){墻與鋼環(huán)連接牢固。4.2.3?預埋帶止水環(huán)套管在距洞門鋼環(huán)500?mm和1000?mm處分別預埋帶有止水環(huán)的鋼管，鋼管直徑50?mm，用作后期管內打設注漿管的套管。將帶止水環(huán)的鋼管固定在樁基鋼筋上，其中水平線以上鋼管預埋間距為1?000?mm，水平線以下鋼管預埋間距為800?mm，預埋方向為外插角10°。在洞門中心預留5根鋼管作為后期注漿效果觀察孔及注漿孔。預埋鋼管共34個，預埋鋼管位置如圖3所示，注漿管位置如圖4所示。圖3?預埋鋼管平面布置示意圖4?注漿管位置示意4.2.4?噴射混凝土施工（1）混凝土初噴前應清除浮土碎石，通過試噴調節(jié)水灰比，使噴射混凝土表面光順平整，骨料分配均勻，回彈量小。每隔1~3?m布設鋼筋頭，用于測定混凝土噴射厚度。（2）噴射順序。自下至上、以S曲線移動噴射，均勻慢速移動。（3）噴射角度。噴射時噴頭盡量保持與受噴面垂直。噴射交角過小將增加混凝土的回彈率，降低噴射密實度；垂直于巖面噴射時連續(xù)的混凝土“稀薄流”對反彈物有二次嵌入作用，可以降低回彈率，增加一次噴射厚度。4.3?打孔注漿注漿采用TGRM水泥基特種灌漿料，注漿孔直徑40?mm，水泥漿由TGRM水泥基特種灌漿料和水攪拌而成，擴散半徑1.5?m，注漿壓力一般為1.2~2?MPa。注漿時隨時觀測壓力和流量變化。當壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達到終壓時，穩(wěn)定3?min后結束本次注漿。洞內注漿加固后，在預留的套管內進行水平探孔，探明止水效果，探孔無較大滲漏或水量不大時可進行盾構接收。

5?盾構接收盾構接收前，對加固區(qū)進行水平探孔取芯，芯樣基本完整，探孔內僅有少量水流出，說明水平注漿加固起到了相應的止水效果，盾構接收過程中涌水涌砂可能性較小，滿足盾構機接收條件。盾構接收過程中，盾構機平穩(wěn)通過加固區(qū)，刀盤順利抵達圍護樁。破除洞門止?jié){墻時，僅在洞門拱腳處有少量殘留水流出。破除圍護樁期間，洞口及樁間亦未發(fā)現(xiàn)涌水涌沙現(xiàn)象。盾構接收過程中，對端頭加固區(qū)地面沉降、周邊建筑物沉降進行監(jiān)測，地面最大沉降值為3.17?mm，橋樁最大沉降值為2.18?mm，西站