浅谈退水洞优化方案

摘要：对盾构下部进行封闭，用以稳定流泥线坡脚，减少流泥量。对盾构横隔板加长，挡墙，在盾构十字隔板上加装钢锭，钢锭直径80mm，间距25cm，钢锭向前伸长1.0m左右，顶住掌子面，阻断上部流泥通道，稳定上部掌子面及洞顶以上土体。在钢锭保护下，对下部掌子面古土壤进行开挖，减少下部阻力，及时纠偏，避免隧洞轴线持续上移。

关键词：盾构；钢拱架拼装；轴线偏位 中图分类号：U455.43文献标识码:A

引言：

退水洞施工由于地质情况复杂，地下水位高，推进过程中姿态（方向）不易控制，偏移后造成欠挖，后期处理难度大，进度慢。为此本文对盾构施工的一些措施进行了探讨。

1.盾构施工优化措施

1.1 盾构改进

分两阶段实施：第一阶段，对盾构下部进行封闭；第二阶段，对十字隔板进行加长。

① 对盾构下部进行封闭

在盾构机后部下半断面焊接Ⅰ20工字钢封闭挡墙，用以稳定流泥线坡脚，减少流泥量，见下图。

该措施对限制流泥量有一定作用，产生流泥的土于上半洞以上，下部土层为古土壤，密实坚硬，盾构机上部阻力小，下部除摩阻力外，尚须克服土层切削端阻力，阻力较大，盾构机底部沿古土壤层表面上挑，造成轴线上移，底拱欠挖。

② 对盾构横隔板加长

去掉Ⅰ20工字钢封闭挡墙，在盾构十字隔板上加装钢锭，钢锭直径80mm，间距25cm，钢锭向前伸长1.0m左右，顶住掌子面，阻断上部流泥通道，稳定上部掌子面及洞顶以上土体。在钢锭保护下，对下部掌子面古土壤进行开挖，减少下部阻力，及时纠偏，避免隧洞轴线持续上移。

1.2 盾构推进施工流程

工艺流程：掌子面打开出渣前三榀推进正常推进掌子面封闭吊梁安装钢后靠逐榀拆除及欠挖处理清面土工膜铺设钢筋制安底板边墙混凝土浇筑拆模、养护及等强下一循环。顶拱衬砌与下一循环推进同时进行。

1.3 施工方法

⑴ 工作面清理

人工配合小型反铲挖掘机对工作面进行清理，清理范围包括：盾尾待安装钢拱架区域、盾尾下游待安装钢管片后靠处。

⑵ 钢拱架拼装

钢拱架自下而上安装。

钢拱架采用Ⅰ20a工字钢弯制，三轮车运至工作面后人工安装。为便于安装，顶拱分为两节，以控制单节重量，各节间采用螺栓连接；边墙每侧各为一节，底拱为一节，边墙与顶拱、底拱间则现场焊接。焊接接头采用两侧用10mm厚钢板夹板围焊的方式，并增加连接螺栓。新装钢拱架与上游拱架间采用Ⅰ20工字钢焊接连接，连接间距1.2~1.5m。拼装时，应注意与盾壳间保持约1~2cm的空隙，便于盾壳推进时顺利脱出。拱架拼装外形应顺畅，连接牢固。

⑶ 钢管片后靠安装

钢管片后靠分标准型节和尾节两种，宽度为0.6m。每节均分为左侧结构、右侧结构、底部结构三部分，顶部设连接梁。

后靠长度较大，采用专用平板车运输，保证安全。后靠洞外堆放场地在高程120m平台，垂直起吊采用门式起重机。洞内起吊采用3.2t、1.0t电动葫芦。先安装底拱，再拼装边墙，最后安装顶部横梁。后靠之间采用M16螺栓连接。

若混凝土面不够平整，与尾节后靠间存在空隙，应使用钢板填塞，钢板应在止水两侧对称填入，并与后靠点焊，避免受力后迸出。

⑷ 盾构机顶进

后靠安装完毕，盾构机液压系统启动，开始向前顶进。根据设计，一次顶进距离为0.6m，如土质极差，顶进可分2次进行，围土出露约0.3m后临时喷护，之后再顶进至设计位置。

盾构机顶进应由专人操作，注意顶进方向与设计的一致性，以及分区液压系统的协调性。一般情况下，应先启动两侧油缸向前顶进，再启动底部油缸，如发现异常，应暂停顶进。

液压系统使用前，应检查系统中各类元辅件的调节手轮是否在正确位置，油液是否在液位计指示范围，各管道接口、紧固螺钉等有无松动，若一切正常，即可投入运行。使用过程中应随时检查电机、油泵的温升，随时观察系统的工作压力，以及各高压连接处是否有松动，以免发生异常事故。运行过程中，应对油液更换情况，故障处理情况作出详细记录，便于以后维修保养。

推进过程中专人量测液压缸行程，检查行程一致性，判断盾构是否偏移及偏移程度。

⑸ 喷射混凝土

喷层总厚度为26cm，喷射分3~4层进行，每层厚度6~8cm左右。盾构机推进到位后，立即安装顶拱及边墙的初喷，杜绝围土松动变形。喷射应自两侧向中间进行，先对工字钢翼缘内堆喷，避免出现空隙。边墙喷射时，可采用自下而上堆喷的方法，提高施工效率。

⑹ 开挖出土

盾壳内土方开挖及装车原主要使用小型反铲挖掘机，三轮车运至洞外，出土时间一般在4~6h。

⑺ 掌子面封闭

盾构机完成每循环推进后，进行掌子面封闭，采用5000×200×50mm木板满铺进行封闭，横向围檩采用Ⅰ16工字钢间距1m。通过工字钢固定在已支护钢拱架上。主要工程量：木板8m3；Ⅰ16工字钢3.94t。

2.轴线偏移处理措施

由于地层不均匀，底部为古土壤，上部为粉质壤土地层，地层情况软硬不一，造成轴线偏移。轴线偏移后，欠挖部位需进行处理，采取逐榀进行扩挖处理，完成后再拆除下一榀钢后靠，进行扩挖处理。对于超挖部分不做处理，进行混凝土衬砌时，浇筑混凝土。由于扩挖处理占用时间较长，对进度影响较大。

2.1 底拱处理

⑴ 加固

对需置换钢拱架，逐榀拆除钢后靠，拆除后，支立水平Ⅰ20工字钢，间距60cm，水平工字钢之间采用米字连接。自下游向上游逐榀扩挖置换。

⑵ 施工流程：钢后靠拆除支立水平Ⅰ20工字钢凿除喷射混凝土拆除已安装底拱钢拱架挖除多余泥土支立钢拱架焊接底拱钢拱架喷射混凝土封闭进行下一榀钢后靠拆除。

水平临时支撑根据情况，条件允许可在完成底板混凝土衬砌后进行割除。临时水平工字钢有变形，则完成边墙衬砌后在进行割除处理。底拱处理关键是封堵边墙流泥及接头处理。封堵边墙流泥方法可沿墙角向底板土层内密排压入Φ48钢管。接头要求焊接牢固；底板以上高度2m部位增设Ⅰ20水平支撑防止边墙内敛变形。

2.2 边墙处理

① 加固

对需置换钢拱架立柱，先在内侧50cm部位支立Ⅰ20工字钢立柱，立柱与待置换拱架间采用Ⅰ20段工字钢连接，增加立柱稳定性。

① 逐榀进行。每榀置换前，先打入Φ48钢管，间距0.1~0.25m，根据围土情况调整。若遇流泥，则密集打入，并采用棉纱、编织袋等材料封堵流泥。或压入[10槽钢、钢板等封堵流泥。

② 凿除喷射混凝土，置换钢拱架，喷射混凝土封闭。

2.3 顶拱处理

顶拱处理实际为重新开挖，在松散土体及流泥内开挖。塌陷处理逐榀进行，分左右两侧或左中右三部分别施工。主要施工措施：

① 加固

拱肩部位增设Ⅰ20水平支撑，形成施工平台。中部设Ⅰ20临时立柱，立柱支撑在底板上。

② 扩挖

扩挖方法同边墙。开挖过程中，每安装半榀拱架，及时喷射混凝土封闭。

顶拱开挖采用分部施工，接头较多，拱架受力性能降低，扩挖完成后对支撑体系进行置换处理，每榀顶拱拱架焊Ⅰ20斜支撑，焊接时进行放线控制，斜支撑避免露出衬砌混凝土面。割除立柱及拱肩横梁。

考虑到顶部荷载较大，为满足沉降后断面需要，扩挖面宽出设计面20cm以上。

3.空腔回填

退水洞每开挖完成5m，在洞顶地表钻孔灌浆，对开挖过程中形成的空腔进行充填。钻孔位置距离掌子面不小于3m。每5m布置1个断面；每个断面布3孔，间距3m。

灌浆孔布孔示意图

注浆材料以普通硅酸盐水泥单液浆为主，硫铝酸盐水泥单液浆为辅。

注浆管采用直径52mm钢管，下部为花管，注浆孔孔径6~10mm，开孔间距为30~50cm，径向均匀布置。开孔处缠胶皮带，形成浆液向管外单向通道。注浆管底端头用堵头封死。注浆管分段下放，管接头采用套管，液压钳压紧。注浆管顶部注水泥砂浆封闭。相关指标

表4-1注浆指标表

施工工艺如下所示。

注浆工艺流程图

表4-2主要工程数量表

4.结语

采取盾构的改进处理能够很好的避免轴线的偏位，保证了工程的安全施工。此盾构改进技术实际操作切实可行。