第25卷第1期 石家庄铁道大学学报(自然科学版) v。1.25 N。.1 2012年3月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG TIEDAO UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) M .2012 在富水粉砂地层中盾构到达段施工技术 王社江 (苏州轨道交通有限公司,江苏苏州215006) 摘要:通过苏州轨道交通1号线土建I-TS-05标塔园路站一滨河路站区间隧道盾构施工,介 绍在苏州富水粉砂地层中盾构综合施工技术。施工中,克服了富水砂层下盾构到达加固区水平 长度不足的困难,使用了在加固区外再施工一圈止水帷幕桩的地基加固技术,该技术可以使三 轴加固土体与止水帷幕桩组合形成一个范围更大的端头地基加固区域,并在盾构到达段掘进中 合理使用管片壁后二次注浆和聚氨酯,成功地阻断微承压水在盾构到达时涌出的路径,从而解 决了富水砂层下盾构到达施工的涌水、涌砂问题。通过使用,该技术保证了2台盾构安全成功 接收,在富水粉砂地层具有适用性广、安全可控等优点。 关键词:盾构施工;端头加固;粉砂层;降水 中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:2095—0373(2012)O1—0053—05 1 工程概况 目前,各大城市都在大力发展轨道交通工程,盾构到达施工出现的问题也有增多的趋势,出现了各种 险情,比如喷水、涌砂、地面坍塌、管线破裂、楼房倒塌、隧道下陷等事故,如何确保盾构顺利、安全地进入 到达井一直是业界关注的重点。苏州轨道交通1号线土建I-TS-05标土建工程塔园路站~滨河路站区 间,滨河路站盾构到达井处洞身穿越富水粉砂层,盾构到达端头地质情况差,周边建筑物、地下管线复杂, 存在盾构到达端头加固范围管线拆改困难、加固质量和加固区长度难以保证等问题。 区间全长1 568.7单线米,起终点里程为DK6+190.600~DK6 4-974.950,左线长均为784.35 m,拟 合管片环数653环。在DK6+502.496处设一处联络通道兼泵房。区间隧道自塔园路站始发向东至滨河 路站,全程均为直线段,两线路平行,线间距均为13.0 In,线路埋深范围8.9~13.5 nl,见图1。本工程区 间隧道采用两台小松PMX6340土压平衡式盾构机施工。衬砌采用预制装配式钢筋混凝土衬砌拼装而成, 衬砌内、外直径分别为O5.50 in和O6.20 133,衬砌宽度1.2 113。衬砌拼装为错缝拼装。 根据地质资料,地层层序自上而下依次为:①3素填土层、③1粘土层、③2粉质粘土层、④1粉土、④2 粉砂、⑤3粉粘夹粉土、( 粉质粘土、⑥1粘土、⑥2粘质粘土、⑥3粘质粘土、⑦粉质粘土夹粉土、⑧1粉 质粘土。7度地震作用下,20 Ill以内浅分布的④1粉土、④2粉砂夹粉土层不存在液化趋势。本区间端头 井处原地面标高2.91 in,实际地面标高3.03 m,隧道上部覆土厚度9.508 nl,洞口处断面穿越土层自上而 下依次为④1粉土和④2粉砂层,其中粉砂层含量占72.6%v。 根据地下水埋藏条件,将地下水分为孔隙潜水含水层、微承压含水层及承压含水层。潜水含水层主 要由粘性土夹碎石和建筑垃圾组成,由于其颗粒级配不均匀,固结时问短,往往存在架空现象而形成孔 隙,成为地下水的赋存空间,其透水性不均匀。据区域水文资料,苏州市历年最高潜水位标高2.63 rfl,最 低潜水位标高0.21 in。微承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成,主要为④1粉土、④2粉砂层, 为良好的赋水和透水地层。该含水层组埋深6~7 in,厚度9.80~12.80 m,为对隧道施工影响较大的含水 层。承压水含水层由⑦粉质粘土夹粉土层组成,埋深较大(达32 113以上),厚度2~7.40 1TI,可塑状,弱透 水性,该层对隧道施工影响不大。 收稿日期:2012—02—27 作者简介:王社江男1975年出生高级工程师 石家庄铁道大学学报(自然科学版) 第25卷 萋羹塔同路站 i : 薹 甘e,i 里/J 劈癸 薯 , 面域棼 面’壁腻仆剐一厶 . m I1 之, _Ⅲ ~ l一 ! -。一二三二:三三三 二 :曼二-一-L"三=三三三曼三;三三三 j一… 0:1:j。 。喾 i÷ …’… l__一 :…一 0 菱砉掘进方 蚕 线路中线 一一 .鼙要 ≤ 1 ~ : ≥ 0:纛 。 …~ 蓍 河路 j ≯ ≯ 蓁 右线 中线 墓 “ ? 囊萋掘进方向藿:蓁 霪 霎 。 薏 一t 莺垂 鬻 壹 图I塔园路站~滨河路站区间线路走向图 一吊出井端头场地狭小,距离市政道路3 ITI。周边建筑物:北侧为何山花园一幢6层居民楼,该楼平行 于隧道走向方向楼体与隧道外轮廓距离15.36 ITI,斜角段楼体位于车站基坑端头井北侧;南侧为滨河花苑 幢7层居民楼,该楼与隧道外轮廓距离9.3I in,与车站围护结构水平距离I1.01 nl。盾构到达端头加固 范围内受影响的管线有3条,管线拆改困难,造成加固质量和水平长度难以保证。管线类型以及与隧道 的关系详见表I。 表I盾构到达端头处管线调查表 2盾构机到达风险 如果盾构端头加固范围不足,加固方案不当,加固效果检测马虎,则盾构到达时存将在流砂、涌水的 风险,若此风险变为现实将造成建筑物、地面的严重变形,严重者将造成周围建筑物的倾斜、坍塌,严重威 胁端头附近管线的安全,同时影响后续的盾构安全拆除和吊装。 盾构机在粉砂层中出洞风险巨大,事故后果相当严重,风险的具体来源体现在以下几个方面:①地表 和地下水系较发育,地下水位高,极易产生涌水、涌砂现象 1 ;②粉砂层遇水的流动性大,一旦发生渗漏 水,粉砂会随水流出而产生涌水、涌砂现象,严重威胁地面、建筑物沉降 ;③吊出井端头场地狭小,距离 市政道路3 111_,周边为高密集居民区,吊出井附近建筑物密集且距离最近建筑物仅9 111余;④地下管线多 而杂,对地基加固干扰大,盾构到达施工中,端头井处的燃气、煤气、天燃气管线对施工安全及周边环境的 威胁巨大。 3盾构工作井端头加固 3.I端头加固 盾构到达端头加固设计措施:采用三轴搅拌桩进行端头加固,水平加固长度为8 ITI,加固宽度为盾构 隧道结构每侧3 ITI,竖向加固范围为盾构隧道结构上下各3 ITI;在紧贴车站围护结构处采用施打单排 8o0 第1期 王社江:在富水粉砂地层中盾构到达段施工技术 55 @300双重管高压旋喷桩的加固方法,使之与多排三轴搅拌桩形成复合加固体系,保证加固体与车站问形 成一个整体性的隔水封闭体系 。 三轴搅拌桩施工区域划分:靠车站围护结构的A区,加固长度为4 m,A区搅拌桩水泥掺人量建议值 取20%;远离车站围护结构的B区,B区搅拌桩水泥掺人量建议值取15%,搅拌桩空桩水泥掺入量取 7%。旋喷桩每米水泥用量为300 kg ̄ m,水泥型号同三轴搅拌桩,采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥。 在现场实际施工过程中,由于现场存在一根直径800 mm、埋深4.5 m的污水管的干扰,造成实际三轴 搅拌桩加固的长度无法达到设计要求的8 m,最长处为7.1 m,最短仅为5.4 m。这就增加了盾构到达施 工的风险性。 实际加固措施:在已施打完的三轴搅拌桩加固体外边缘的外周,再施打一周的三轴搅拌桩止水帷幕, 并对现场存在的燃气、煤气、污水等管线进行避让,用高压旋喷桩对管线周边无法进行三轴搅拌桩施工的 地方进行补充加固。通过以上措施,就在原有三轴搅拌桩加固体的外围形成了一个止水帷幕隔断,能有 效减少外来水源进入止水帷幕内的通道,从而就组合形成了一个范围更大的加固区域,降低了盾构到达 的风险性。同时采取在止水帷幕的内、外边缘附近施工降水井的措施,以此来降低地下水位及水压,降低 盾构到达时发生渗水、涌砂的风险。 3.2端头加固土体检测 (1)地墙边加固土体检测。在盾构到达前应对旋喷桩夹心和部分搅拌桩进行检测,保证加固土体的 强度和止水效果满足到达要求。对端头井左线到达洞门进行了水平取孔钻探,共计19个,钻入深度2 m, 扣除地连墙厚度0.8 m,钻人三轴搅拌桩与高压旋喷桩的复合加固体的深度为1.2 m。在现场取芯期间, 未发现渗、漏水现象,取出的芯长全大于80 cm,表明高压旋喷桩加固土体情况良好,高压旋喷加固土体与 地墙、三轴搅拌加固土体的嵌合情况良好,能有效地隔断了外界水源,满足盾构机到达的技术要求。 (2)三轴搅拌桩检测。盾构端头处经加固的土体应有很好的均质性、自立性,其中A区无侧限抗压强 度不小于1 MPa,B区无侧限抗压强度不小于0.5 MPa,A区渗透系数应小于10一cm/s,B区渗透系数应 小于10~cm/s。对滨河路站西端头井加固体进行取芯抗压检测(6个竖直孔,A区4个,B区2个),根据 检测报告显示,其加固体强度满足设计要求,满足盾构到达的安全要求。 4盾构到达段施工 4.1盾构穿过止水帷幕及止水帷幕注浆封堵 盾构到达井处的地墙厚度为80 c・n,车站内衬墙厚度为80 cm,洞门处预留钢环内径为 .7 m。三轴 实际加固平面范围:垂直于隧道轴线为隧道外轮廓左右各3 ITI;平行于隧道轴线为车站围护结构外6.58~ 7.10 m。止水帷幕桩直径80 am,盾构在穿越止水帷幕桩时不得开启超挖刀 。 根据测量数据算出:隧道管片最终拼装环数为652环,652环为带预留环形钢板的砼管片,管片前端 距车站内衬墙内边缘19.3 cm;640环管片前端嵌入止水帷幕的外边缘40 cm;645环管片前端刚好嵌入三 轴加固土体外边缘。 本工程采用的小松盾构机全长8.,58 m,刀尖长35 cm,管片拼装完成时有将近2环管片包在尾部盾壳 内。在完成643环掘进后,停止盾构推进。在643环拼装时施放全环面海棉条,之后在641环管片吊装孔 处压注聚氨酯。待压注完聚氨酯后2 ih,打开吊装孔检查聚氨酯是否已经遇水膨胀凝固,如果末膨胀凝 固,则采取在管片顶部注入一定量水的措施,让水和聚氨酯起反应,保证聚氨酯在管片后壁形成一道密实 的环箍。聚氨酯环箍的作用是保护盾尾密封刷,对盾尾处管片后方的土体及填充浆液进行隔离。 完成聚氨酯环箍后,在640环压注双液浆。640环前端嵌入止水帷幕的外边缘40 cm,通过640环的 双液浆环箍和641的聚氨酯环箍,将盾构机穿越止水帷幕时形成的通道进行封堵,保证止水帷幕的封闭 性,达到阻止外来水源、粉砂进入端头加固区的作用。 4.2加固区段掘进、停机注聚氨酯 在完成645环掘进时,停止盾构掘进,此时盾构机刀尖离洞门加固区外边缘26.3 cm,往盾构机中盾 56 石家庄铁道大学学报(自然科学版) 第25卷 外壳的超前注浆孔压注聚氨酯。前盾出加固区至洞门帘布橡胶板包上盾构外壳的有3 In的距离,通过压 注聚氨酯在盾构机中盾外壳与加固区土体间形成一道环箍,防止盾构机外壳涌水通道的形成及扩大,保 证在3 m距离范围的推进过程中不发生或减轻漏砂、漏水现象,确保盾构到达的安全。 4.3洞门帘布橡胶板安装及洞门凿除 盾构在加固区内停机后立即进行帘布橡胶板的安装,安装完成后凿除洞门处的车站围护结构。凿除 顺序从上往下,先凿除外层钢筋及混凝土,保留内层迎土面钢筋及混凝土保护层。 4.4盾构前、中盾出加固区 洞门凿除后末发现渗漏水现象,洞内中具备出加固区条件后,将盾构推进至刀盘顶上围护结构迎土 侧钢筋后,割除钢筋后将盾构推进至649环停止推进,使尾盾及部分中盾留在加固区内。 4.5洞内双液注浆封堵加固区内通道 盾构推进至649环,此时前盾、中盾出加固区且洞门帘布橡胶板已包上盾构外壳,尾盾处的注浆外包 管距加固区边缘约1 m。为了保证盾构机完全出洞脱离帘幕后安全,需将盾构机穿越加固区时形成的通 道进行封堵。通过在加固区边缘前的646、647环及后的645环管片吊装孔内压注双液浆,从而在加固区 的外边缘处的管片周围形成一道双液浆环箍,保证三轴搅拌加固区内的封闭性,达到阻止外来水源、粉砂 从管片与加固土体的缝隙涌人车站的作用,以确保盾构机安全的脱离洞口、落上接收架。 4.6盾构机完全出洞、洞口双液注浆封堵 完成洞内双液注浆封堵后,立即进行盾构的推进及剩余管片的拼装,直至盾构完全落上接收架。 盾构完全出洞、脱离帘幕后,末出现漏水、漏砂现象。在盾构到达的最后5环内停止了同步注浆,为 了填充盾构与加固土体间的问隙及完全地隔断加固土体与管片间的通道,需进行洞门处双液注浆封堵。 封堵措施:用带有注浆孔的弧形钢板将洞圈钢环和管片端面预埋钢板焊接成一个整体,通过压注双液浆 的方式,将洞门处的到达环与车站的内衬结构、围护结构形成一个整体;完成弧形钢板注浆后,往洞内到 达段管片的吊装孔和弧形钢板的注浆孔压注双液浆,压浆要分多次间隔注入,注浆中遵循先下部、后上部 的原则,使加固的浆液逐渐向上扩展,避免死角,待前期的浆液凝固收缩后最后进行洞顶处的浆液压注, 以此达到将间隙填充密实的效果,保证加固区段的管片与加固区土体成为一个封闭的防水体系。通过以 上措施保证了管片(隧道衬砌)的稳定,有效防止隧道的变形,保证隧道结构的安全。 5 结语 在本区问的施工过程中,遇到了富水砂层盾构到达施工的技术难题。通过技术探讨和采用新技术, 合理使用管片壁后二次注浆和聚氨酯,以及项目部全体成员的齐心协力,成功解决了富水砂层盾构到达 的技术难题,施工风险得到有效控制,保证了2台盾构安全成功接收,并为类似工程积累了宝贵经验。 参 考 文 献 [1]刘建航,侯学渊.盾构法隧道[M].北京:中国铁道出版社,1991. 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Construction Technology in Shield-approaching Area in Water.rich Silt Strata Wang Shejiang (Suzhou Rail Transport Co.,Ltd,Suzhou 215006,China) 第1期 王社江:在富水粉砂地层中盾构到达段施工技术 57 Abstract:Shield construction is adopted for the tunnel of civil construction contract I-TS-05 of suzhou rail transit line 1 between tower park road station and riverfront road station.This paper introduces the comprehen. sive construction technology in the water.rich silt stratum in Suzhou to overcome the problem that the shield can't sufficiently reach the reinforced area under water—rich silt by constructing a lap of water—stopping curtain pile out— side the reinforced area to streng ̄【hen the foundation.The technology allows tri—axially reinforced sol1 and water— stopping curtain pile combined to form a broader reinforced area at the end of the foundation,and adopts rational use of secondary grouting and polyurethane lining in the region of shield tunneling,successfully blocking the e— mission path of the micro-pressure wate:r as the shield approaches so as to solve the problem of water and silt gushing as the shield reaches the wate ̄r silt area.Through the use of the technology,the two tunneling shields are safely and successfully received.Tihis technology has the advantages of wide applicability as well as good safety and controllability in water—rich silt strata. Key words:shield tunneling;end reinforcement;silt strata;precipitation (责任编辑 刘宪福) Q Q O iQ Olb O g ̄Otb O Q O Q O Q O Q O QI Q O QI Q O Q D \: , :全:舍: / !/ !/:\:全:/ !全!, :/ !仝:仓!仝:全:/:\:全! !/: 0 (上接第29页) 参 考 文 献 [1]郑浩,段树金.钢一混凝土组合箱梁力学分析[J].石家庄铁道学院学报:自然科学版,2009,22(2):11—14. [2]杨喜文,段树金,李泽文.钢一混凝土组合梁翼缘板有效宽度分析[J].铁道建筑,2007(6):l1—14. 13 l Methee C,Amjad J A,Stuart S Chen,et a1.Effective flange width definition for stee1.concrete composite bridge girder l J】 Journal of Structural Engineering,2004,130(12),2016-203 1. [4]邰淑彩.应用数理统计[M].武汉:武汉大学出版社,2005. [5]程海根.薄壁箱梁剪力滞效应理论分析与试验研究[D].成都:西南交通大学土木工程学院,2003. A Study of Shear Lag Effect Influencing Factors in Double Steel—concrete Composite Continuous Box Girder Based on Orthogonal Analysis Method ’Wang Xiying,Duan Shujin (School of Civil Engineering,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043,China) Abstract:The shear lag effect is determined by many factors,such as wide—span ratio,section hei ght, lfange overhang length,load type,and SO on.The test specimens of double steel—concrete composite box girder are designed by oahogonal method.Then the numerical simulations are ca ̄ied out according to different test conditions,and the results are orthogonally analyzed.It indicates that load type has the most significant influ— ence to shear lag effect,followed by wide—span ratio,and section height and lfange overhang length with very mi- nor influence in engineering practice.The dimensionless formula of flange effective width is obtained for the double steel-concrete composite continuous box girder in elastic stage througn statistical regression. Key words:double composite continuous girder;shear lag effect;flange width;orthogonal analysis (责任编辑车轩玉)