温小东/WEN Xiaodong
(中铁隧道股份有限公司,河南 郑州 450000)
目前,在国内地铁和各种隧道施工中,土压平衡盾构掘进技术应用广泛。该掘进方法具有土层适应范围广、掘进速度快、成本低、施工安全等特点。据有关资料介绍,在一线、二线大城市,往往有上百台土压平衡盾构在同时进行着各种隧道工程施工。渣土排放存在着巨大的运输压力、环保问题,如能对此渣土进行二次改良达到代替同步注浆液的效果,不仅解决了渣土运输、排放的问题,而且能大大节约成本。据了解在国外一些发达国家已经开始对盾构渣土资源化利用。主要以美国、日本、欧洲为代表,渣土的资源化利用率已达到了较高水平,美国已达到建筑垃圾“零排放”的水平,欧洲、日本等部分发达地区建筑垃圾资源化水平也已达到90%,目前欧洲的法律法规和政策都支持垃圾资源化利用技术,资源化利用平均在80%以上。我国经济建设起步较晚,同样盾构渣土资源化水平较低。根据有关统计,我国2021 年建筑垃圾超过20 亿m3,建筑垃圾资源化水平只有40%左右。据不完全统计数据,我国盾构保有量3 000 台以上,约有800 台盾构在同时施工,每年按直径6.4m 盾构掘进3.0km,密度取2t/m3,每年盾构渣土量在2.4 亿吨以上,但渣土的资源化利用率不足1%,渣土处理仍为填埋和堆放为主,急需提高渣土资源化水平。
综上所述,将盾构掘出来的渣土进行改良处理,用于盾构同步注浆,避免了后续可能产生的环保问题、安全问题,有一定的经济和生态效益。
郑州市商隐路站~庙王站区间主要穿越地层为⑦-1 粉质黏土、⑧-1 粉质黏土、⑧-3 粉质黏土,试验段盾构主要穿越地层为⑧-3 粉质黏土,地层较为稳定。试验段隧道范围内无地下水。
施工工艺流程如图1 所示。相关设备主要有拌和、储料设备和振动筛料设备。
图1 工艺流程图
施工步骤如下。
1)渣土准备 盾构掘进的渣土经过改良、水平运输、垂直运输至盾构渣土坑。
2)渣土运输 通过挖掘机把渣土运送至现场的泥浆池,泥浆池长12.7m,宽9.4m,泥浆池方量为150m3,渣土放至泥浆池0.8m 处,水加0.4m,通过挖机搅拌均匀。
3)泥浆拌制 泥浆池内泥浆通过挖机倒运至泥浆搅拌机(1.5m3)内进行搅拌,搅拌时间不得小于5 分钟,调制泥浆比重大于1.5。
4)滤网过滤 搅拌好的泥浆通过10×10mm滤网过滤进入泥浆罐搅拌。
5)水泥 根据泥浆搅拌罐用量进行配比水泥用量准备(300kg/1.5m3)。
6)水泥、泥浆拌制 水泥和拌制好的泥浆在泥浆罐内再次搅拌,搅拌时间不得小于10min,调制泥浆比重大于1.9(配合比1000:200:480)。
7)盾构同步注浆 将配比拌制好的同步注浆浆液由罐车运输输送至中板储浆罐内搅拌,盾构掘进前放入砂浆车内,由砂浆车运输至洞内进行掘进同步注浆准备。
根据设计文件与相关规范要求,应选用初凝时间大于3h,终凝时间大于6h 且小于10h 的水泥。本工程目前选用P·O42.5 水泥。水泥质量检测结果见表1,均满足规范要求。
表1 水泥技术指标检测结果
采用自拌型式,先对配合比进行简单试配。找出比较符合现场施工的大致配合比进行优化。
试配1:土1000g、水400g、水泥100g
试配2:土1000g、水360g、水泥80g
试配3:土1000g、水320g、水泥80g
试配4:土1000g、水320g、水泥100g
发现试配1 流动性良好,凝结时间较长(>8h);试配2 流动性一般,凝结时间一般(6~7h);试配3 流动性良好,凝结时间合适(5~6h);试配4 流动性不好,凝结时间过快(<4h)。后又考虑到项目成本问题全部舍弃。
转换思路为保证凝结时间和泥浆的流动性,增加水泥用量。现试配如下。
试配5:土:1000g、水泥150g、水360g
试配6:土:1000g、水泥150g、水400g
试配7:土:1000g、水泥200g、水440g
试配8:土:1000g、水泥200g、水480g
发现试配5 无流动性,凝结时间快(<4h);试配6 流动性一般,凝结时间一般(6~7h);试配7 流动性良好,凝结时间稍长(>8h);试配8 流动性良好,凝结时间合适(5~6h)。
商庙区间风井回填采用该配比泥浆,截至目前,商庙区间左、右线均已顺利穿越风井。根据试验报告,泥浆7 天强度大于1.0MPa,现场检测稠度120~140mm,满足施工需求。
设计结果如下:土:水泥:水=1:0.2:0.48,凝结时间:4.5h 左右。
选取商庙区间右线815 环、824 环、834 环处为试验段,815 环、824 环、834 环上方均为监测点,目前商庙区间右线管片成型姿态良好,地表监测数据正常;现场对管片顶部壁后注浆情况进行了检查,管片壁后浆液充盈,满足现场施工需求。
商庙区间右线1 132 环、1 141 环、1 151 环处为本次试验段,1 132 环、1 141 环、1 151 环上方均为监测点。
在盾尾后10 环范围内进行开孔验证同步注浆情况,如不满足进行二次注浆填充地层空隙,注浆材料采用双液浆。注浆浆液采用双液浆,根据双液浆配比试验,浆液凝固时间为1~2min,双液浆的初步配比见表2。
表2 双液浆浆液初步配比表
如图2 所示,注浆自下而上进行,停止注浆判定标准如下:①若平均每孔注浆量大于0.5m3时,可停止注浆;②注浆压力达到1MPa 时,可停止注浆;③若注浆过程中发现土仓压力一直持续上升,则可能浆液通过盾壳串通至刀盘土仓内,立即停止注浆并进行全面检查。注浆完成后,打开上一环注浆孔进行注浆效果检查,打开上部注浆孔,若注浆孔无流水及流砂现象,说明注浆已达到效果。若发现漏水漏沙现象,则从前两环对应位置再次进行补充注浆封堵,确保达到填充效果。
图2 注浆孔位图
通过试验,地表沉降、成型管片姿态数据均在规范允许范围内,现场施工掘进参数正常,施工质量可控。