大断面泥水盾构隧道施工风险分析及加固技术研究

大断面泥水盾构隧道施工风险分析及加固技术研究

1建设需求增加随着城市交通的快速发展，对长江以南河流众多地区的河床隧道需求显著增加。由于隧道距离短(一般小于1km),为满足线路坡度要求,在河流下方进行隧道施工时,河底段覆土往往较浅2河底段覆土厚度江阴市澄江西路隧道为大型双管公路隧道,沿东西向布置,分北线和南线。分别下穿闸桥河及锡澄运河两条河流,河底段共约250m,如图1所示。北线隧道盾构段全长约660m,穿越锡澄运河时覆土最浅,河底最浅处覆土厚度为7.46m。南线隧道盾构段全长约658m,穿越闸桥河时覆土最浅,河底最浅处覆土厚度约为5.65m。闸桥河东西侧驳岸为浆砌块石结构,锡城运河东侧驳岸为重力石衡式结构,西侧驳岸为排桩加锚桩结构。3河底浅覆土段(1)闸桥河驳岸穿越风险盾构穿越闸桥河驳岸时,由于盾构前方土体厚度变化很大,需要实时调整切口水压,施工控制难度较大。当北线盾构从驳岸向河底方向推进时,覆土厚度快速减少,如果切口水压降低不及时,很容易导致冒顶现象,由于闸桥河驳岸为浆砌块石结构、碾压式土石堤坝,结构刚度较小,整体性差,很容易引发大面积的驳岸坍塌;当南线盾构从河底向驳岸方向推进时,覆土厚度快速增大,如果切口水压增加不及时,容易引起驳岸发生沉降。考虑到河流驳岸的结构形式,少量的沉降和变形都将危及驳岸的安全,特别是坡面上土体发生较大位移时,会带动坡面上部土体移动,甚至会在坡面形成滑动面,引发坡面土体的整体滑动。(2)河底浅覆土穿越风险穿越锡澄运河和闸桥河河底时,上覆土几乎全部小于1D(D为隧道外径),如图2和图3所示,其中穿越锡澄运河最浅覆土深度仅为7.46m,穿越闸桥河最浅覆土深度仅为5.65m。而且上部土层为河底淤泥以及粉土,盾构在掘进过程中,如切口水压或同步注浆压力控制不当,极有可能导致河底冒顶、河底大面积塌陷或盾尾漏浆,使得泥水平衡盾构无法建立正常的泥水平衡,盾构无法正常推进,或引起河水由盾尾窜入隧道,造成隧道被淹等严重后果(3)盾构及管片抗浮风险盾构在河底掘进时,由于覆土较浅,上部荷载及盾构和管片自重无法抵抗地下水和浆液引起的浮力,盾构和隧道管片在水和周围浆液的作用下容易产生上浮,不但会导致盾构轴线难以控制,还会引起隧道局部开裂、漏水,对隧道防水施工等造成较大影响。(4)盾构推进轴线控制盾构在河底曲线掘进时,如果盾构姿态和隧道轴线控制不当,纠偏不及时,很容易造成轴线偏差,导致盾构超挖现象,再加上河底覆土较浅,这会对原来就不稳定的河底覆土造成过大的扰动,极易导致盾构开挖面失稳、河底塌陷等。4基础形式单一闸桥河驳岸为浆砌块石结构、碾压式土石堤坝,且东侧沿岸多为百年老式建筑,基础形式薄弱,建筑物对差异沉降十分敏感,该位置地质取芯情况也显示,此处有较厚的杂填土,极不利于沉降控制。考虑到这些情况,盾构穿越前需对闸桥河东侧驳岸进行加固。隧道穿越此区域前,采用引孔机在驳岸边引孔后,穿入105河流底板覆盖施工措施5.1闸桥河基底清淤考虑到最不利工况,闸桥河最浅覆土处不满足盾构施工抗浮要求,因此,在盾构穿越前需要对闸桥河河底进行加固处理。根据国内外盾构施工实践,在江底、河底进行盾构施工时,当盾构顶部覆土不能满足盾构施工以及成型隧道安全时,常用的加固措施有河底抛填土、河底注浆加固以及加设抗浮板和抗拔桩等(1)河床清淤利用挖泥船将闸桥河工程范围内的河床底部淤泥清除干净,根据施工现场情况确定后再实施袋装粘土抛填、河床土工布铺设、模袋混凝土铺设等措施。(2)抛填袋装粘土采用开底泥驳船将袋装粘土运到指定位置进行抛填,每袋重量不小于40kg,袋装粘土抛填至设计标高-2.353m位置并进行整平。(3)河床土工布铺设袋装粘土抛填完成后,采用双层不透水土工布对加固区域河床表面进行铺设覆盖。(4)模袋混凝土护底施工不透水土工布铺设完成后,立即进行模袋混凝土护底施工,采用C20模袋混凝土,铺设2层,每层平均厚度20cm,模袋混凝土施工至设计标高-1.953m,每边护底至原有护坡坡脚处。(5)袋装粘土临时压载为确保施工期隧道顶部覆土厚度不小于7.5m,在模袋混凝土顶部临时抛填袋装粘土,顺河向范围为隧道两侧结构外边线外侧10m范围内,两边分别以1∶2的坡度顺接至河底,待隧道施工完毕后清除。5.2参数选择和施工控制措施5.2.1保证开挖面土体稳定根据土层情况、隧道埋深和河流水位精确计算每环切口水压,在推进过程中精确控制每环切口水压,并严格控制推进过程中切口水压的波动值在±20kPa之内。同时,密切监视河底冒浆情况,一旦发现冒浆现象,立即报告中控室,中控室操作人员适当降低切口水压,并严格控制切口水压波动值。(2)掘进速度为了保证开挖面的稳定并减小盾构掘进对周边土体的扰动,严格控制盾构匀速掘进,根据实际情况,掘进速度控制在15~20mm/min左右。同时严格控制同步注浆压力,避免因注浆压力过高而导致覆土被顶破,保证同步注浆系统始终处于良好工作状态,浆液得以及时地同步填充。(3)泥水参数泥水的粘度和比重是影响开挖面土体稳定的另一因素。在河底段施工时,采用PMS高分子泥水体系来优化泥水性能,控制泥水比重在1.20~1.25范围内,且粘度≥20s,泥水的析水量须小于5%,pH值须呈碱性,以确保符合要求的泥水进入泥水舱,在开挖面能形成足够厚度和密度的泥膜,保证开挖面的稳定。(4)出土量控制根据盾构直径和推进长度计算得出每环管片的理论出土量为158m5.2.2)盾构和管片的密封清理(2)盾尾油脂在穿越过程中压注进口盾尾油脂,该油脂具有良好的遇水膨胀性,可有效地填充盾尾钢丝刷,减少推进过程中泥水的渗漏量。(3)盾尾间隙控制盾构和管片姿态,确保盾构机和管片间的间隙均匀,避免较大间隙引起盾尾渗漏。(4)盾尾清理在管片拼装前将盾尾内的积水抽除,清理盾尾内的杂物,完成清理工作后方可进行管片拼装,防止在推进过程中盾尾内的杂物进入盾尾密封装置,降低盾尾密封的效果。(5)盾尾止水材料现场准备止水海绵条,一旦发生不可恢复性的盾尾密封失效,在管片外弧面相应位置立即加垫250mm×300mm的海棉条进行堵漏,封堵管片与盾构间的间隙,并采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注封堵。5.2.3加入适量水泥浆(1)采用高比重、高剪切强度、抗浮性能优良的单液浆,并加入适量水泥,适当加快浆液的凝固速度。(2)当发现隧道上浮量较大且波及范围较远时,立即采取措施对已建隧道进行二次补浆措施,并在隧道内部进行压重处理。5.2.4泥水进排原因分析(1)遇到送排泥不畅时,及时转旁路,通过检查排泥泵电流和旁路的泥水进排情况,分析确定不畅原因。(2)遇到吸口堵塞时,相应地降低推进速度,同时按技术要求通过正逆洗切换疏通管路。5.2.5盾构姿态控制盾构推进过程中,严格控制盾构姿态及隧道轴线,河中浅覆土段竖直方向盾构姿态控制在-30~+10mm之间,同时确保管片横截面始终处于曲线半径的径向竖直面内。一旦发现偏差,逐步纠偏,控制每次的纠偏量,做到勤测勤纠,保证管片间不会产生较大错台进而导致出现接缝处漏水等现象。6驳岸、河底加固措施(1)浅覆土大断面盾构隧道下穿河流施工易发生河流驳岸坍塌、河底冒顶、渗漏水和盾尾漏浆等事故,风险极高,必须采取合理的技术措施,保证隧道安全。针对江阴澄江西路隧道穿越闸桥河和锡澄运河的工程地质条件和施工风险,进行了河流驳岸加固、河底加固、合理参数选取和施工措施控制,保证了工程的顺利进行。(2)对于浆砌块石结构驳岸,由于其结构刚度较小,整体性差,很容易引发大面积的驳岸坍塌。实践证明,在驳岸边采用引孔机引孔,穿入型钢并压注双液浆加固的技术措施可以有效加固驳岸土体,增强其整体性,保证盾构的顺利通过。(3)盾构隧道穿越河底浅