承壓水砂層盾構鋼套筒接收施工技術

孟善寶

摘要： 盾構接收是盾構施工的關鍵工序，富水軟土地層中，隨著隧道埋深的增加，盾構接收的施工難度及風險也越來越大。本文根據天津地鐵6號線承壓水砂層中既有運營線地下三層車站盾構接收為例，采用“地面水泥系加固、站內鋼套筒接收”的施工方法，安全、順利地完成了盾構接收，確保了隧道和周邊環境的安全，可為日后類似工程施工提供借鑒。

Abstract： Shield receiving is the key process of shield construction. In soft soil layer which is rich in water， with the increase of the tunnel depth， the difficulty and risk of receiving shield also grows. This paper takes the shield receiving technology of the existing operating line—an underground three-layer station in the confined groundwater and sand layer of Tianjin Metro Line 6 as an example， which applies to the "ground cement reinforcement， steel sleeve receiving in station" construction method， completes the receiving of shield safely and successfully and also ensures the safety of the tunnel and the surrounding environment， providing reference to similar works in the future.

關鍵詞： 盾構接收；鋼套筒；承壓水；砂層；地下三層車站

Key words： shield receiving；steel sleeve；confined groundwater；sand layer；underground three-layer station

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0158-03

1 工程概況

天津地鐵6號線紅旗南路站～育梁道站區間沿紅旗南路敷設，左線長477.048m，右線長477.055m。采用兩臺土壓平衡盾構機掘進，分別從育梁道站小里程端始發，至紅旗南路站大里程端接收。區間線間距13～15.7m變化，縱斷面為單向坡，最大縱坡15‰；頂部覆土10.50～16.26m。

2 盾構接收難點分析

①盾構接收端隧道底部埋深22.3m，隧道洞身大部分位于⑧2-2粉砂層，為第一承壓含水層，承壓水水頭為地面下3m，粉砂層中加固質量不易保證，滲漏水風險極大。

②盾構接收端紅旗南路站為地下三層車站，且為已運營地鐵3號線和6號線換乘站，出現風險將影響已運營3號線。

③地面環境復雜，一側為交通要道，一側為居民樓，接收出現風險將威脅到達處建筑物及管線安全，工程風險巨大。

3 盾構接收方案比選

①常規簾布接收：隧道位于承壓含水層，端頭加固效果難以保證，接收過程中易發生涌水，該方案風險過大。

②冷凍法加固接收：垂直凍結受施工場地限制，不具備施工條件；水平凍結鉆孔時易發生涌水、涌砂，風險大，且施工費用高，工期長。

③地面水泥系加固+混凝土明洞：安全可靠，但施工工期長，砂漿回填量大，混凝土鑿除緩慢，且不可循環利用。

④地面水泥系加固+鋼套筒明洞：安全可靠，施工速度快，可重復利用，節余成本[1]。

經綜合考慮安全、成本、工期等因素，選擇地面水泥系加固+鋼套筒明洞接收方案。

4 盾構鋼套筒接收施工要點

4.1 端頭加固及效果檢測

端頭加固采用？準850@600三軸攪拌樁+？準800@500雙排三重管雙高壓旋噴，高壓旋噴樁在地連墻轉角部位進行包角處理。加固范圍：沿盾構掘進方向6m，隧道上下左右各3m。

①為保證高壓旋噴樁在砂層成樁質量，采用復噴工藝，水灰比1：1，加膨潤土5%，速凝劑0.5%（均與水泥質量比），凝結時間控制在30min左右。

②加固完成達到強度后進行取芯檢測，芯樣無側限抗壓強度不小于1.0MPa，滲透系數小于10-7cm/s。另外，通過打水平觀察孔來檢測加固效果，觀察孔包括4個“死角”探孔、4個隧道周邊探孔、5個隧道洞體探孔，如圖1所示。探水完成后必須立即安裝球閥并采用水不漏封閉引流管，靜置24h無滲水判斷為加固合格。

③檢測不合格處理措施。若探水存在滲漏現象，采取水平注水泥-水玻璃雙液漿進行補強，雙液漿凝結時間控制在30～45s。注漿時利用洞門探孔作為水平注漿孔，并在附近再打設一根引流管，注漿時開啟引流管，達到漿液置換的目的。

4.2 鋼套筒設計制作

4.2.1 筒體

筒體長10.5m，內徑6.7m，分6節，每節又分為上、下兩塊（如圖2所示），標準節每節長度2m，連接環0.5m。筒體材料采用16mm厚鋼板，加強肋板20mm厚、200mm寬，間距500（環向）×528（縱向）一道，連接法蘭采用30mm厚鋼板，采用M30高強螺栓（8.8級）連接。連接法蘭中間加10mm厚橡膠墊，以保證密封效果[2]。

鋼套筒后蓋采用鋼板加工字鋼焊接而成，鋼板厚度為20mm，在鋼板外側焊接6根32a工字鋼，井字形布置。鋼板外緣與筒體端頭法蘭采用螺栓連接，型號為M30×100（8.8級）。

4.2.2 過渡連接環

鋼套筒與洞門鋼環之間設一過渡連接環，長度0.5m，與洞門鋼環采用焊接連接[3]，由于洞門鋼環安裝誤差導致局部不密貼的部位采用塞焊鋼板進行密封，保證防水質量。過渡環與鋼套筒的連接和其余筒體相同。

4.2.3 輔助設施

①進料口：為方便鋼套筒安裝期間的材料運輸和回填料填灌，在靠近洞門第二節和第三節上鋼套筒上預留兩個下料口。

②安全門：在靠近洞門第一節鋼套筒兩側各設置一個安全門，便于鋼套筒安裝和洞門破除期間人員進出和渣土及材料的運送，盾構接收前需將安全門關閉并確保密封性良好。

③觀察孔和監測儀表：在鋼套筒的過渡連接環2、4、8、10點位置設4個帶球閥觀測孔，靠近洞門三節鋼套筒頂部1點和11點位各設置？準100mm的帶蝶閥觀察孔，用來檢查洞門密封質量。在連接環靠近洞門處和后端蓋平面板各設置1個壓力表，以檢測過渡連板的受力情況。

4.3 鋼套筒安裝

4.3.1 筒體安裝

①安裝前首先在車站內確定線路中線，并按線路中線將托架固定。

②在地面將每節筒體安裝密封材料。

③按順序將鋼套筒由隧道往車站方向安裝并緊固，安裝過程中勤量測，保證中心與設計中心相同。

④鋼套筒的過渡連接板與洞門環板的連接要確保密貼，防止滲漏水。

4.3.2 密封性措施

①連接法蘭位置安裝10mm厚橡膠止水條，寬度15cm，安裝過程中做好保護工作，避免破壞。

②環向間隙較大的接縫粘貼T型止水條（采用背貼式止水帶加工）。

③其余內、外側接縫填充嵌縫材料（普通水泥+快干水泥+108膠）。

4.3.3 反力支撐安裝

反力支撐采用？準609鋼支撐支撐在車站結構上，安裝就位后，采用千斤頂頂后蓋，消除筒體間安裝間隙后[4]，再進行支撐固定。

4.3.4 防扭轉支撐安裝

鋼套筒上下、兩側安裝防扭轉支撐，頂在底板、側墻及中板梁上。防扭轉支撐采用25a工字鋼，與鋼套筒焊接連接，另一側與車站結構密貼。

4.3.5 混凝土基座澆筑

在鋼套筒底部60°范圍內澆筑15cm厚C20細石混凝土基座，以防刀盤出加固體時扎頭。

4.4 盾構接收施工

4.4.1 盾構接收準備

①應急降水井。在端頭離洞門縱向3m，左右線隧道中間及隧道外側4m處施做3口應急降水井，降水井穿透第一承壓含水層。若洞門破除、盾構接收過程中出現大量涌水、涌砂，按照規定程序進行上報并啟動應急降水井，進行降水減壓。

②隧道內探水及封堵注漿。刀盤抵達地連墻后，盾尾完全進入加固區1.3m，鑿開脫出盾尾往后20環的管片吊裝孔（含前期注漿完成的吊裝孔），打開盾構機前中盾徑向注漿孔觀察滲流水。在前中盾體徑向注漿孔和盾尾倒數第2～3環注入聚氨酯，無流水的孔注入1桶，有流水的孔注入3桶。使盾構機與地層間形成柔性密封止水環。后部注漿孔注入雙液漿。

③洞門破除。洞門補充注漿加固完成，重新探水無滲漏時，破除保護層，剝離地連墻第一層鋼筋網。盾構機抵達地連墻降低土倉壓力，加固區外止水環箍完成，并鑿開管片孔觀察有無流水，及土倉壓力有無變化。確保無流水風險后，鑿除60cm混凝土，鑿除時由上往下、先兩側后中間。

④鋼套筒填料。鋼套筒驗收完畢且洞門破除完成后，向鋼套筒內填料。填料采用M1.0砂漿，采用天泵澆筑，填料時間控制在8小時以內，完成后及時封閉填料口，砂漿配比見表1。

4.4.2 過渡段掘進

①盾構機刀盤距離加固土體1.5m時停機檢查，確保盾構機處于最佳狀態。開始進行洞門破除及回填砂漿。

②通過在盾尾注聚氨酯和后續管片注雙液漿對后續20環管片進行止水封堵，形成止水環箍，避免因同步漿液收縮后形成間隙通道，嚴格把握二次注漿部位、時間和注漿量，并確保注漿均勻，防止因注漿不當造成盾尾固結。

4.4.3 加固區掘進

①掘進時嚴格控制盾構機總推力和掘進速度，切勿力量過大速度過快，總推力控制在8000kN以內，掘進速度控制在1～2cm/min。

②嚴格控制盾構機姿態，水平姿態控制在±15mm左右，垂直姿態控制在+10～+20之間。

③嚴格控制盾尾間隙，掘進過程中隨時關注盾尾油脂壓力，及時進行補壓，以防漏漿。

④為防止管片與開挖土體間形成漏水通道，在管片注漿孔注雙液漿，及時形成封閉環箍。

⑤鋼套筒接收時二次注漿在管片脫出盾尾5環后進行[4]，距離不宜過近，否則容易造成盾尾刷破壞。注漿時嚴格控制孔位和壓力、注漿量，不僅要保證環箍封閉水的質量，還不能對盾尾刷造成破壞。

4.4.4 進鋼套筒掘進

盾構機刀盤進入筒體后，按正常參數進行掘進，當環管片全部拼裝完成后，對最后5環管片進行二次注漿，并通過觀察閥進行滲漏水檢查，保證后方無水流進入鋼套筒，盾構接收完成。

①掘進參數：掘進速度<5mm/min；推力<4000kN，盾構機在鋼套筒內掘進過程中，要確保與外界聯系，密切觀察鋼套筒支撐情況，一旦發現變形量超量或有滲漏時，立即停止掘進，及時采取補救措施。

②掘進姿態：掘進時以鋼套筒實測中心線為控制線，水平和垂直偏差控制在±2cm之內，防止盾構機與筒體發生碰撞。

③施做環箍：一邊掘進一邊進行二次注漿施做環箍，封堵管片外的滲水通道，防止盾構后方的水進入鋼套筒。

④滲漏水檢查：掘進到位后，通過觀察閥進行滲漏水檢查，保證后方無水流進入鋼套筒。

⑤施工監測：掘進時定時對鋼套筒的變形情況進行監測，發現異常立即停機，待處理完成后恢復掘進。

4.4.5 鋼套筒拆除及盾構機吊裝

盾構接收完成后，經檢查洞門無滲漏水，方可進行鋼套筒拆除。先拆除反力支撐及防扭轉支撐。然后割除鋼套筒上半部分連接環鋼板，割除完成后立即在洞門鋼環與管片之間焊接弧形鋼板，保證洞門密封。最后拆除鋼套筒上蓋，鑿除鋼套筒內砂漿，進行盾構機吊裝。

5 施工總結

天津地鐵6號線紅旗南路站-育梁道站區間接收施工中，采用鋼套筒接收有效控制盾構接收風險，對周邊道路、管線、建筑物及既有線運營未造成施工影響，并得到以下施工經驗：

①高壓旋噴樁在承壓水砂層成樁質量較差，經試驗在水泥漿中添加適當的速凝劑和膨潤土能有效增加成樁質量。

②施工中鋼套筒回填砂漿強度選擇尤為關鍵，若砂漿強度太高，因盾構機配置軟土地層刀盤，掘進困難，掘進速度十分緩慢，從而可能引起其他風險。

③由于預埋鋼環的圓度和鋼套筒的圓度很難保持一致，建議鋼套筒直徑較鋼環內徑增大100mm，從而保證焊接質量，避免洞口滲漏水。

④鋼套筒拆除前的滲漏水檢查尤為關鍵，通過多個點位多種方式進行確認，否則在拆除后出現涌水涌砂，則將功虧一簣，失去了鋼套筒接收的意義。

參考文獻：

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