大斷面泥水盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析及加固技術(shù)研究

大斷面泥水盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析及加固技術(shù)研究

1建設(shè)需求增加隨著城市交通的快速發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)江以南河流眾多地區(qū)的河床隧道需求顯著增加。由于隧道距離短(一般小于1km),為滿足線路坡度要求,在河流下方進(jìn)行隧道施工時(shí),河底段覆土往往較淺2河底段覆土厚度江陰市澄江西路隧道為大型雙管公路隧道,沿東西向布置,分北線和南線。分別下穿閘橋河及錫澄運(yùn)河兩條河流,河底段共約250m,如圖1所示。北線隧道盾構(gòu)段全長(zhǎng)約660m,穿越錫澄運(yùn)河時(shí)覆土最淺,河底最淺處覆土厚度為7.46m。南線隧道盾構(gòu)段全長(zhǎng)約658m,穿越閘橋河時(shí)覆土最淺,河底最淺處覆土厚度約為5.65m。閘橋河?xùn)|西側(cè)駁岸為漿砌塊石結(jié)構(gòu),錫城運(yùn)河?xùn)|側(cè)駁岸為重力石衡式結(jié)構(gòu),西側(cè)駁岸為排樁加錨樁結(jié)構(gòu)。3河底淺覆土段(1)閘橋河駁岸穿越風(fēng)險(xiǎn)盾構(gòu)穿越閘橋河駁岸時(shí),由于盾構(gòu)前方土體厚度變化很大,需要實(shí)時(shí)調(diào)整切口水壓,施工控制難度較大。當(dāng)北線盾構(gòu)從駁岸向河底方向推進(jìn)時(shí),覆土厚度快速減少,如果切口水壓降低不及時(shí),很容易導(dǎo)致冒頂現(xiàn)象,由于閘橋河駁岸為漿砌塊石結(jié)構(gòu)、碾壓式土石堤壩,結(jié)構(gòu)剛度較小,整體性差,很容易引發(fā)大面積的駁岸坍塌;當(dāng)南線盾構(gòu)從河底向駁岸方向推進(jìn)時(shí),覆土厚度快速增大,如果切口水壓增加不及時(shí),容易引起駁岸發(fā)生沉降?？紤]到河流駁岸的結(jié)構(gòu)形式,少量的沉降和變形都將危及駁岸的安全,特別是坡面上土體發(fā)生較大位移時(shí),會(huì)帶動(dòng)坡面上部土體移動(dòng),甚至?xí)谄旅嫘纬苫瑒?dòng)面,引發(fā)坡面土體的整體滑動(dòng)。(2)河底淺覆土穿越風(fēng)險(xiǎn)穿越錫澄運(yùn)河和閘橋河河底時(shí),上覆土幾乎全部小于1D(D為隧道外徑),如圖2和圖3所示,其中穿越錫澄運(yùn)河最淺覆土深度僅為7.46m,穿越閘橋河最淺覆土深度僅為5.65m。而且上部土層為河底淤泥以及粉土,盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中,如切口水壓或同步注漿壓力控制不當(dāng),極有可能導(dǎo)致河底冒頂、河底大面積塌陷或盾尾漏漿,使得泥水平衡盾構(gòu)無(wú)法建立正常的泥水平衡,盾構(gòu)無(wú)法正常推進(jìn),或引起河水由盾尾竄入隧道,造成隧道被淹等嚴(yán)重后果(3)盾構(gòu)及管片抗浮風(fēng)險(xiǎn)盾構(gòu)在河底掘進(jìn)時(shí),由于覆土較淺,上部荷載及盾構(gòu)和管片自重?zé)o法抵抗地下水和漿液引起的浮力,盾構(gòu)和隧道管片在水和周圍漿液的作用下容易產(chǎn)生上浮,不但會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)軸線難以控制,還會(huì)引起隧道局部開(kāi)裂、漏水,對(duì)隧道防水施工等造成較大影響。(4)盾構(gòu)推進(jìn)軸線控制盾構(gòu)在河底曲線掘進(jìn)時(shí),如果盾構(gòu)姿態(tài)和隧道軸線控制不當(dāng),糾偏不及時(shí),很容易造成軸線偏差,導(dǎo)致盾構(gòu)超挖現(xiàn)象,再加上河底覆土較淺,這會(huì)對(duì)原來(lái)就不穩(wěn)定的河底覆土造成過(guò)大的擾動(dòng),極易導(dǎo)致盾構(gòu)開(kāi)挖面失穩(wěn)、河底塌陷等。4基礎(chǔ)形式單一閘橋河駁岸為漿砌塊石結(jié)構(gòu)、碾壓式土石堤壩,且東側(cè)沿岸多為百年老式建筑,基礎(chǔ)形式薄弱,建筑物對(duì)差異沉降十分敏感,該位置地質(zhì)取芯情況也顯示,此處有較厚的雜填土,極不利于沉降控制?？紤]到這些情況,盾構(gòu)穿越前需對(duì)閘橋河?xùn)|側(cè)駁岸進(jìn)行加固。隧道穿越此區(qū)域前,采用引孔機(jī)在駁岸邊引孔后,穿入105河流底板覆蓋施工措施5.1閘橋河基底清淤考慮到最不利工況,閘橋河最淺覆土處不滿足盾構(gòu)施工抗浮要求,因此,在盾構(gòu)穿越前需要對(duì)閘橋河河底進(jìn)行加固處理。根據(jù)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)施工實(shí)踐,在江底、河底進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí),當(dāng)盾構(gòu)頂部覆土不能滿足盾構(gòu)施工以及成型隧道安全時(shí),常用的加固措施有河底拋填土、河底注漿加固以及加設(shè)抗浮板和抗拔樁等(1)河床清淤利用挖泥船將閘橋河工程范圍內(nèi)的河床底部淤泥清除干凈,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況確定后再實(shí)施袋裝粘土拋填、河床土工布鋪設(shè)、模袋混凝土鋪設(shè)等措施。(2)拋填袋裝粘土采用開(kāi)底泥駁船將袋裝粘土運(yùn)到指定位置進(jìn)行拋填,每袋重量不小于40kg,袋裝粘土拋填至設(shè)計(jì)標(biāo)高-2.353m位置并進(jìn)行整平。(3)河床土工布鋪設(shè)袋裝粘土拋填完成后,采用雙層不透水土工布對(duì)加固區(qū)域河床表面進(jìn)行鋪設(shè)覆蓋。(4)模袋混凝土護(hù)底施工不透水土工布鋪設(shè)完成后,立即進(jìn)行模袋混凝土護(hù)底施工,采用C20模袋混凝土,鋪設(shè)2層,每層平均厚度20cm,模袋混凝土施工至設(shè)計(jì)標(biāo)高-1.953m,每邊護(hù)底至原有護(hù)坡坡腳處。(5)袋裝粘土臨時(shí)壓載為確保施工期隧道頂部覆土厚度不小于7.5m,在模袋混凝土頂部臨時(shí)拋填袋裝粘土,順河向范圍為隧道兩側(cè)結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)10m范圍內(nèi),兩邊分別以1∶2的坡度順接至河底,待隧道施工完畢后清除。5.2參數(shù)選擇和施工控制措施5.2.1保證開(kāi)挖面土體穩(wěn)定根據(jù)土層情況、隧道埋深和河流水位精確計(jì)算每環(huán)切口水壓,在推進(jìn)過(guò)程中精確控制每環(huán)切口水壓,并嚴(yán)格控制推進(jìn)過(guò)程中切口水壓的波動(dòng)值在±20kPa之內(nèi)。同時(shí),密切監(jiān)視河底冒漿情況,一旦發(fā)現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,立即報(bào)告中控室,中控室操作人員適當(dāng)降低切口水壓,并嚴(yán)格控制切口水壓波動(dòng)值。(2)掘進(jìn)速度為了保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定并減小盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周邊土體的擾動(dòng),嚴(yán)格控制盾構(gòu)勻速掘進(jìn),根據(jù)實(shí)際情況,掘進(jìn)速度控制在15~20mm/min左右。同時(shí)嚴(yán)格控制同步注漿壓力,避免因注漿壓力過(guò)高而導(dǎo)致覆土被頂破,保證同步注漿系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài),漿液得以及時(shí)地同步填充。(3)泥水參數(shù)泥水的粘度和比重是影響開(kāi)挖面土體穩(wěn)定的另一因素。在河底段施工時(shí),采用PMS高分子泥水體系來(lái)優(yōu)化泥水性能,控制泥水比重在1.20~1.25范圍內(nèi),且粘度≥20s,泥水的析水量須小于5%,pH值須呈堿性,以確保符合要求的泥水進(jìn)入泥水艙,在開(kāi)挖面能形成足夠厚度和密度的泥膜,保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定。(4)出土量控制根據(jù)盾構(gòu)直徑和推進(jìn)長(zhǎng)度計(jì)算得出每環(huán)管片的理論出土量為158m5.2.2)盾構(gòu)和管片的密封清理(2)盾尾油脂在穿越過(guò)程中壓注進(jìn)口盾尾油脂,該油脂具有良好的遇水膨脹性,可有效地填充盾尾鋼絲刷,減少推進(jìn)過(guò)程中泥水的滲漏量。(3)盾尾間隙控制盾構(gòu)和管片姿態(tài),確保盾構(gòu)機(jī)和管片間的間隙均勻,避免較大間隙引起盾尾滲漏。(4)盾尾清理在管片拼裝前將盾尾內(nèi)的積水抽除,清理盾尾內(nèi)的雜物,完成清理工作后方可進(jìn)行管片拼裝,防止在推進(jìn)過(guò)程中盾尾內(nèi)的雜物進(jìn)入盾尾密封裝置,降低盾尾密封的效果。(5)盾尾止水材料現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備止水海綿條,一旦發(fā)生不可恢復(fù)性的盾尾密封失效,在管片外弧面相應(yīng)位置立即加墊250mm×300mm的海棉條進(jìn)行堵漏,封堵管片與盾構(gòu)間的間隙,并采用聚氨脂在盾尾后一定距離處壓注封堵。5.2.3加入適量水泥漿(1)采用高比重、高剪切強(qiáng)度、抗浮性能優(yōu)良的單液漿,并加入適量水泥,適當(dāng)加快漿液的凝固速度。(2)當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道上浮量較大且波及范圍較遠(yuǎn)時(shí),立即采取措施對(duì)已建隧道進(jìn)行二次補(bǔ)漿措施,并在隧道內(nèi)部進(jìn)行壓重處理。5.2.4泥水進(jìn)排原因分析(1)遇到送排泥不暢時(shí),及時(shí)轉(zhuǎn)旁路,通過(guò)檢查排泥泵電流和旁路的泥水進(jìn)排情況,分析確定不暢原因。(2)遇到吸口堵塞時(shí),相應(yīng)地降低推進(jìn)速度,同時(shí)按技術(shù)要求通過(guò)正逆洗切換疏通管路。5.2.5盾構(gòu)姿態(tài)控制盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中,嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)及隧道軸線,河中淺覆土段豎直方向盾構(gòu)姿態(tài)控制在-30~+10mm之間,同時(shí)確保管片橫截面始終處于曲線半徑的徑向豎直面內(nèi)。一旦發(fā)現(xiàn)偏差,逐步糾偏,控制每次的糾偏量,做到勤測(cè)勤糾,保證管片間不會(huì)產(chǎn)生較大錯(cuò)臺(tái)進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)接縫處漏水等現(xiàn)象。6駁岸、河底加固措施(1)淺覆土大斷面盾構(gòu)隧道下穿河流施工易發(fā)生河流駁岸坍塌、河底冒頂、滲漏水和盾尾漏漿等事故,風(fēng)險(xiǎn)極高,必須采取合理的技術(shù)措施,保證隧道安全。針對(duì)江陰澄江西路隧道穿越閘橋河和錫澄運(yùn)河的工程地質(zhì)條件和施工風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)行了河流駁岸加固、河底加固、合理參數(shù)選取和施工措施控制,保證了工程的順利進(jìn)行。(2)對(duì)于漿砌塊石結(jié)構(gòu)駁岸,由于其結(jié)構(gòu)剛度較小,整體性差,很容易引發(fā)大面積的駁岸坍塌。實(shí)踐證明,在駁岸邊采用引孔機(jī)引孔,穿入型鋼并壓注雙液漿加固的技術(shù)措施可以有效加固駁岸土體,增強(qiáng)其整體性,保證盾構(gòu)的順利通過(guò)。(3)盾構(gòu)隧道穿越河底淺