富水敏感區(qū)既有地鐵站盾構(gòu)接收控水技術(shù)研究

1?工程概況濟(jì)南軌道交通1號線濟(jì)南西站主體土建結(jié)構(gòu)為預(yù)埋工程，方特站至濟(jì)南西站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)在既有濟(jì)南西站實(shí)現(xiàn)接收。地鐵濟(jì)南西站結(jié)構(gòu)側(cè)墻與高鐵站臺直線距離98?m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為直徑1200@1?400鉆孔灌注樁（C?35）+直徑?700@500高壓旋噴樁。濟(jì)南西站盾構(gòu)接收井端頭自上向下依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂層、卵石層、粘土層，其中細(xì)砂層厚約3?m，卵石層厚1~2?m不等，盾構(gòu)接收端地質(zhì)剖面圖如圖1所示。承壓水層主要位于細(xì)砂層、卵石層，該地區(qū)地下水極其豐富，盾構(gòu)接收存在突水涌砂風(fēng)險。盾構(gòu)接收前，對洞門范圍底部打設(shè)水平探孔，發(fā)現(xiàn)水平孔內(nèi)出現(xiàn)滲水情況，影響盾構(gòu)正常接收。圖1?盾構(gòu)接收端地質(zhì)剖面示意2?盾構(gòu)接收控水機(jī)理分析2.1?水源分析結(jié)合濟(jì)南西站工程水文地質(zhì)及施工調(diào)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(hù)外9?m范圍內(nèi)采用“旋噴加固+減壓井”的措施，但高鐵濟(jì)南西站于2011年6月開通運(yùn)營，作為同期預(yù)埋的地鐵濟(jì)南西站早已回填完成，當(dāng)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(hù)樁間隙成為砂卵石層承壓水的通道，盾構(gòu)底部以下4.2~4.5?m為細(xì)砂層，富含承壓水，承壓水通過濟(jì)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(shè)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(gòu)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(zhì)量難以保證，可能無法完全封堵底部承壓水，無法達(dá)到理想止水效果。（4）濟(jì)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?yàn)閮筛鶉o(hù)樁間，可見樁間土流失較多，推測原基坑旋噴樁及圍護(hù)樁為底部承壓水的突涌通道。2.2?盾構(gòu)接收控水機(jī)理根據(jù)分析，確定水源路徑后，有針對性地采取洞外、洞內(nèi)相結(jié)合的控水措施。在盾構(gòu)接收端加固范圍外側(cè)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(jì)南西站旋噴樁及圍護(hù)樁咬合，以此達(dá)到豎向封閉水源補(bǔ)給通道的目的，保證盾構(gòu)機(jī)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(nèi)水量可控。通過豎向、橫向止水帷幕相結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)接收端重點(diǎn)區(qū)域安全可控。3?洞外控水措施3.1?盾構(gòu)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(cè)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(shè)補(bǔ)充降水井因地下水位在地表下6?m左右，接收盾構(gòu)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(jù)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(cè)布設(shè)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(shí)施），井內(nèi)設(shè)置功率7.5?kW、揚(yáng)程40?m、出水量40?m3的多級清水泵以備應(yīng)急降水，通過水位觀察井判定降水效果，以此降低盾構(gòu)接收涌水涌砂的風(fēng)險。4?洞內(nèi)控水措施4.1?安裝洞門鋼環(huán)對洞門范圍內(nèi)漏水部位，預(yù)埋帶有止水閥的鋼管進(jìn)行引流。在鋼環(huán)與墻體間植筋并澆筑C?40細(xì)石高強(qiáng)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(wǎng)并預(yù)埋帶止水環(huán)鋼管→噴射首層混凝土→鋪掛二層鋼筋網(wǎng)→噴射二層混凝土→養(yǎng)護(hù)，噴射混凝土標(biāo)號為C?25，止?jié){墻厚度為400?mm。4.2.2?鋼筋網(wǎng)制作與安裝（1）鋼筋網(wǎng)直徑8?mm，網(wǎng)格間距為150?mm×150?mm，點(diǎn)焊成整體。（2）為保證鋼筋網(wǎng)安裝牢固，在混凝土初噴面植筋掛設(shè)鋼筋網(wǎng)。鋼筋插入圍護(hù)樁深度不小于15?cm，鉆孔內(nèi)填充植筋膠。（3）鋼筋網(wǎng)外翻150?mm至洞門鋼環(huán)內(nèi)側(cè)并與鋼環(huán)進(jìn)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(yù)埋帶止水環(huán)套管在距洞門鋼環(huán)500?mm和1000?mm處分別預(yù)埋帶有止水環(huán)的鋼管，鋼管直徑50?mm，用作后期管內(nèi)打設(shè)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(yù)埋間距為1?000?mm，水平線以下鋼管預(yù)埋間距為800?mm，預(yù)埋方向?yàn)橥獠褰?0°。在洞門中心預(yù)留5根鋼管作為后期注漿效果觀察孔及注漿孔。預(yù)埋鋼管共34個，預(yù)埋鋼管位置如圖3所示，注漿管位置如圖4所示。圖3?預(yù)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(yīng)清除浮土碎石，通過試噴調(diào)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(shè)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(shí)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?dāng)嚢瓒?，擴(kuò)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(dāng)壓力逐漸上升，流量逐漸減少，注漿壓力達(dá)到終壓時，穩(wěn)定3?min后結(jié)束本次注漿。洞內(nèi)注漿加固后，在預(yù)留的套管內(nèi)進(jìn)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(jìn)行盾構(gòu)接收。

5?盾構(gòu)接收盾構(gòu)接收前，對加固區(qū)進(jìn)行水平探孔取芯，芯樣基本完整，探孔內(nèi)僅有少量水流出，說明水平注漿加固起到了相應(yīng)的止水效果，盾構(gòu)接收過程中涌水涌砂可能性較小，滿足盾構(gòu)機(jī)接收條件。盾構(gòu)接收過程中，盾構(gòu)機(jī)平穩(wěn)通過加固區(qū)，刀盤順利抵達(dá)圍護(hù)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(hù)樁期間，洞口及樁間亦未發(fā)現(xiàn)涌水涌沙現(xiàn)象。盾構(gòu)接收過程中，對端頭加固區(qū)地面沉降、周邊建筑物沉降進(jìn)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