地鐵盾構鋼套筒接收風險分析及預防措施

楊勝斌

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

盾構施工作為一種相對安全的工法，被越來越多地運用到地鐵修建工程。地鐵車站多數建設在市區交通要道，修建場地受限。同時，因盾構接收端地質條件復雜、管線遷改困難等問題，導致盾構接收方式受限，對盾構接收工作提出了更高的要求。

1 工程概況

1.1 盾構區間接收端概況

濟南地鐵R2線歷山北路站—二環東路站區間采用盾構法施工。復合式土壓平衡盾構機由二環東路站始發，歷山北路站接收。歷山北路站接收端頭井東側為歷山北路與北園大街交叉口。端頭井東側埋敷柳行頭雨水暗渠，與車站圍護結構之間最小凈距為0.8m；端頭井北側為北園高架橋，高架橋樁基基礎為鉆孔灌注樁，與車站圍護結構之間最小凈距為16m。

歷山北路站接收端上方管線密集，主要的管線有2處柳行頭雨水暗渠（斷面尺寸分別為6m×2.5m、4m×2.5m，基礎埋深約5.2m，結構形式為鋼筋混凝土）、1根1050mm×600mm供電銅管、1根DN300飲用水鑄鐵管、1根DN800污水混凝土管、1根1000mm×2500mm石砌雨水管、4根DN300熱力鋼管。管線遷改困難，尤其是柳行頭雨水暗渠，經與產權單位對接，暗渠無法遷改，柳行頭雨水暗渠與車站圍護結構之間的最小凈距為0.8m，不具備地面水泥系加固條件。結合現場實際情況，在歷山北路站盾構接收端采用垂直凍結加固+鋼套筒接收的工法進行接收。

1.2 接收端地質水文情況

歷山北路站盾構接收端頭井地層依次為①1素填土、⑦2粉土、⑦黏土、⑦1粉質黏土、⑦3粉質黏土混姜石、⑨3碎石、⑩2黏土、?4碎石、?1全風化閃長巖。歷山北路站盾構接收端地下水位于地面下約0.5m。盾構接收端地下水為承壓水和潛水，承壓水水頭線和潛水水位線基本齊平。承壓水主要含水層為全風化閃長巖和碎石，碎石土承壓水水頭高度達17.2m，滲透系數為1.73E-05cm/s。

2 鋼套筒盾構接收風險及成因

依據該工程盾構接收端的工程實際情況，結合盾構鋼套筒接收施工工藝特點，分析接收過程中存在的風險及產生原因。此次鋼套筒盾構接收主要存在以下風險：

（1）隧道軸線與接收洞門鋼環中心、鋼套筒軸線存在偏差。盾構接收前，未進行隧道貫通復測、未糾正盾構機姿態、未消除盾構機導向設備誤差等多種情況，將導致盾構機不能正常進入洞門接收鋼環，甚至是鋼套筒內。盾構刀盤磨損鋼套筒，造成洞門鋼環破損、涌水、涌泥。偏差數據較大時，將無法進行盾構接收。

（2）破除洞門時涌水、涌砂。因接收端土體冷凍效果不佳，未提前向冷凍加固區打探孔、測溫，施工人員盲目破除洞門混凝土，將導致從破除掉的混凝土部位涌水、涌砂。

（3）盾構機刀盤被凍住。盾構機通過冷凍加固區土體，盾構機長時間停機，未定時轉動刀盤，導致刀盤被凍結，無法轉動。

（4）鋼套筒發生位移，導致鋼套筒接縫處漏水、漏泥。鋼套筒反力架強度不夠、受力超限，導致鋼套筒發生縱向位移。

（5）洞門涌水、涌泥。盾構機整體進入鋼套筒后，未及時施作環箍、注漿量不足，導致洞門處水土流失。洞門封堵質量差，未檢查洞門密封性、盾構機土倉壓力變化情況，開始拆除鋼套筒，導致洞門涌水、涌泥。

（6）接收端頭管線斷裂、地面沉降。盾構機掘進過程中，未控制掘進參數、注漿不及時、水土流失等情況，引發接收端土層塌陷，接收端頭管線斷裂，地面沉降。

3 鋼套筒盾構接收風險預防措施

3.1 控制隧道軸線與接收洞門鋼環中心、鋼套筒軸線偏差

安裝鋼套筒前，測量隊復核接收洞門鋼環，打出洞門鋼環的中心點。依據洞門鋼環的中心點，安裝鋼套筒。鋼套筒安裝結束后，復核鋼套筒軸線，確保洞門鋼環中心和鋼套筒軸線同軸。

在盾構機到達接收加固土體前100m時，測量隊進行一次貫通前聯測，復測接收洞門鋼環。結合計劃線，復核盾構機姿態，并全面核查水準點、吊籃、全站儀、激光靶等設備設施，排除設備設置引發的導向錯誤。

掘進剩余50環時，結合監測結果，有計劃地糾正盾構機姿態，逐環小量糾偏。嚴禁過量糾偏，確保區間隧道順直度。盾構機姿態水平控制在-1.5～+1.5cm；垂直控制在+2～+3cm，確保隧道順直度。在剩余30環時，重新核查盾構機姿態，是否沿設計線掘進。在剩余10環時，將盾構機姿態由豎向3000m圓曲線、平面緩和曲線調整到與洞門鋼環中心線同軸，并以直線姿態進入加固體掘進。

3.2 避免破除洞門時涌水、涌砂

分析溫度監測數據，凍結壁平均溫度、厚度均滿足設計要求后，先在接收端洞門處施工探孔，實體檢測凍結效果。從探孔觀測無水，探孔內溫度在-5℃以下已結冰，經驗收凍結效果滿足施工要求后，開始從車站內往區間方向鑿除洞門。破除地連墻壁時，分3層剝離。最后一層鋼筋鑿除前，應再次探孔觀測和測溫，無漏水、漏砂風險后方可鑿除剩余部分地下連續墻。

3.3 預防盾構機刀盤被凍結

接收端冷凍區沿隧道方向寬度為3.7m左右。因此，為預防盾構機刀盤被凍結采取了以下措施：盾構機穿越冷凍加固區土體，在推進、拼裝管片過程中持續、低轉速旋轉刀盤，刀盤旋轉速度保持在0.2～0.5r/min；盾構機推進、拼裝管片過程中，采取氣壓模式保壓；利用泡沫管、水管、油管等管路充氣，防止管路凍結、堵塞；加熱外循環水；向膨潤土箱內加熱水。

3.4 避免鋼套筒發生位移

鋼套筒安裝前，利用軟件模擬計算反力架受力及位移情況，確保反力架滿足施工使用要求。在盾構接收端洞門環板與鋼套筒之間加設厚度2cm的過渡連接板。過渡連接板與洞門環板采用焊接，與鋼套筒的法蘭端采用螺栓連接。在過渡連接板上設置應力計，監測受力情況。鋼套筒托架與車站底板上預埋的鋼板焊接，并采用20號H型鋼與車站側墻頂緊；鋼套筒上部采用20號H型鋼與中板梁頂緊；反力架由3條600mm×650mm立柱組成，用609鋼管做斜撐，與車站端頭井底板頂緊；反力架上均布9道300mm×300mm支撐柱與后端蓋受力板頂緊，支撐柱與反力架之間用支撐楔塊墊實并焊接。在支撐柱與反力架接觸面設置一個軸力計，接收時隨時監測反力架受力情況。

3.5 預防洞門涌水、涌泥

（1）接收端冷凍加固。盾構接收前對接收端頭進行了冷凍加固，垂直凍結加固范圍為管片外徑上下左右各向外擴展3m，加固長度為12.4m，縱向厚度為1.7～3.7m（局部受雨水暗渠影響）。

（2）鋼套筒內填土。因接收端車站正在進行土方開挖，因此直接利用深基坑開挖的近似原狀土充填鋼套筒。填土過程中，如果泥土下滑不順，可適當加水，確保土可以順暢下滑。當鋼套筒內土無法承裝時，向鋼套筒內放水，利用水充填鋼套筒內的空隙，保持接收洞門內外壓力平衡。

（3）注漿、施作環箍。盾構機在冷凍區掘進過程中，利用管片上注漿孔（吊裝孔），向盾尾后部的管片外部注入雙液漿，施作環箍。注漿壓力控制在3～4bar。盾構機全部進入鋼套筒內部之后，降低土倉壓力。如果土倉壓力恢復上升，通過管片注漿孔持續注雙液漿，直至打開管片注漿孔上的球閥無水流出。

（4）封堵洞門。在出洞環管外側預埋背負鋼板。背負鋼板與接收洞門鋼環之間用1cm厚的扇形鋼板連續焊接，避免冷凍區水、土融化后涌出。

3.6 控制接收端管線斷裂、地面沉降

（1）布置監測點，定時監測。盾構機進入加固區前，在接收端上方管線、地面及周圍建筑物上布置沉降觀測點。在鋼套筒、接收洞門周圍布置形變監測點，測量初始值。盾構機在加固區掘進時，間隔12h監測一次，監測點數據增加時，每隔4h監測一次，并將監測數據統計上報。

（2）嚴格控制推進參數，注漿施作環箍。剩余50環時，盾構機推進速度控制在30～40mm/min，嚴格控各項參數。按照1∶1比例拌和雙液漿，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa。在冷凍加固區邊緣處連續6環注雙液漿，施作環箍，避免地下水滲入冷凍區管片外部縫隙，引起地表沉降。

（3）加強冷凍區融沉注漿。盾構機盾尾脫出冷凍區后，利用管片上注漿孔（吊裝孔）向接收洞門后5環管片外部注水泥單液漿。適當注入水泥-水玻璃雙液漿。注漿壓力控制在4～5bar，注漿范圍為整個凍結區域。注漿量應多次少量均勻注漿，并按融化凍土體積15%控制注漿量。凍結壁全部融化后，未注漿時實測地表沉降速率每半個月不大于0.5mm，停止融沉注漿。

4 結束語

該工程通過采取以上各項措施，在場地條件受限情況下，有效降低了盾構接收過程中的風險。在盾構接收過程中，未出現軸線偏差、鋼套筒位移、洞門涌水涌砂等險情。接收端地表下沉量最大為11mm，取得了良好的盾構接收效果。