富水砂層土壓平衡盾構接收技術研究

黃 龍，寧行樂

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100123）

0 引言

近年來我國經濟快速發展，各省會城市已開啟城市地鐵建設高峰期,土壓平衡盾構法施工技術以其地層適應性廣、作業安全、工程造價低及對周邊環境影響小等諸多優點在地鐵區間得到大規模應用。

盾構接收是盾構施工中技術難度大、工序復雜的施工階段，也是盾構法施工中一個主要的風險集中點，必須給予重視［1-4］。福州地鐵二號線桔園洲站-洪灣站區間，洪灣站盾構接收井地質為富水砂層，接收井地質情況差，周邊環境復雜，一旦處理不當，洞門易發生涌水、涌砂及地層坍塌變形等事故，如何確保盾構順利接收，安全到達是本工程的施工重點。本文以福州軌道交通2號線桔園洲站-洪灣站區間隧道盾構接收為背景，探討了富水砂層盾構接收控制技術，并為類似工程提供有益參考。

1 工程概況

福州市地鐵2號線桔園洲站-洪灣站區間沿金祥路東西向布置，區間始發于桔園洲站東端頭井，沿金祥路向東到達洪灣站，區間隧道兩側主要為商鋪、居民小區，線路在里程YCK21+0.00處下穿洪灣河。接收位于洪灣站西端頭井，線路出桔園洲站后左右線分別以2‰上坡，之后以3.997‰、4‰上坡，最后以4.22‰下坡接入洪灣站為雙線隧道。施工采用中交天和生產的φ6 460 mm的土壓平衡式盾構機［5］。

盾構接收井由上而下依次為雜填土、粉質黏土、淤泥夾砂中細沙互層、粗中沙（稍密）、粗中沙（中密）、淤泥砂。接收井地下水為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。盾構機通過接收井時，覆土厚度為9.54 m，盾構機開挖面底部埋深為16 m。

2 盾構接收井端頭處理

2.1 盾構接收端頭加固

洪灣站盾構接收端：盾構隧道穿越范圍內地層為全斷面強透水的粗中砂（中密）層、下部為卵石層。根據探查的地質條件，在洪灣站盾構接收端頭采取如下措施。

（1）接收井采用800 mm素混凝土地下連續（深約29 m）隔水帷幕，地連墻接縫處施工3根Φ800@600三重管旋噴樁以確保接縫隔水性，旋噴樁深度與素混凝土地連墻深度一致。

（2）在接收井隔水帷幕內采用Φ850@600三軸攪拌樁對盾構機穿越范圍內地層進行預加固，加固范圍為盾構機施工區域上、下、左、右各3m，有地墻側加固至地墻截止。

（3）車站端墻與素砼墻圍閉內側設置一排Φ800@600三重管旋噴樁密貼地墻止水，如圖1所示。

圖1 洪灣站接收井端頭加固

接收井加固施工完成，對加固區進行鉆心取樣，取樣深度與盾構機開挖深度一致，以確保加固區強度符合要求。

2.2 端頭加固素墻處理

盾構穿越始發端頭加固區和0+359橋加固區過程中。由于加固區強度較大，盾構機進尺慢、扭矩大、渣溫高，素墻渣和膨潤土細顆粒等綜合影響導致刀盤面板和部分開口燒結，在刀盤前方形成泥餅。為確保盾構順利接收，對盾構端頭加固素墻采取打孔，如圖2所示。

圖2 素墻打孔布置

3 盾構接收控制技術

3.1 盾構姿態調整

在盾構機開挖面距離接收井洞門約100 m時，需對盾構機姿態和位置進行測量，找出施工的隧道軸線與設計隧道軸線兩者之間的關系，同時復核測量接收井洞門位置，制定盾構機接收姿調整和糾偏計劃，糾偏計劃要做到“勤糾，多糾”，嚴格控制每次糾偏量，逐步完成盾構機糾偏。

3.2 洞門防水簾布的安裝

洞門密封裝置安裝步驟為：在接收井洞門圈內雜物清理干凈后，安裝洞門防水裝置。防水裝置安裝順序為：簾布橡膠板→折頁壓板→墊圈→螺母。在安裝簾布橡膠板時需將簾布橡膠板內圈棱朝洞門外，確保盾構機到達時橡膠板平面接觸盾殼。在安裝簾布橡膠板完成后，采用Φ20鋼絲繩連接折頁壓板上的卡環。同時調整簾布橡膠板位置和在簾布橡膠板內側涂抹黃油，避免盾構機貫通時刀盤破壞簾布橡膠板。

3.3 洞門鑿除

在盾構機到達連續墻背面時，同時素墻與管片環縫已注雙漿液并達到止水效果無滲漏水后，對接收井洞門采用人工風鎬破除。洞門鑿除過程如下：首先地連墻鑿除外側保護層和外排鋼筋，在鑿除地連墻主體時將洞門劃分為9各區域，由上而下依次進行，最后鑿除內排鋼筋，如圖3所示。

3.4 最后10環管片緊固

為保證洞口10環管片的穩定，洞口管片采用14b槽鋼縱向連接拉緊。每環6個點，盾構機機頭接觸地連墻開始將盾尾管片進行拉緊，盾構機接觸地連墻盾尾管片為350環，將后方10環拉緊，即從341環～350環拉緊，后續掘進1環拉緊1環，以防止在管片脫出盾尾后，環與環間隙被拉大，如圖4所示。

圖3 洞門鑿除平面布置

圖4 盾構機進洞管片拉緊

3.5 盾構機穿越加固區封堵

桔園洲站-洪灣站區間盾構施工盾構機全長10.07 m，在施工過程中有2環包在盾構機尾部盾殼內。根據盾構機的里程和實際測量數據可以計算出：隧道管片最終拼裝環數為358環，358環距離洪灣站結構端墻距離為150 cm；當盾構機完成341環掘進后，盾構機刀盤抵達接收井加固素墻，嵌入深度為6 cm；當盾構機完成350環掘進，盾構機盾尾穿越加固區素墻；當盾構機完成351環掘進時，盾構機抵達主體結構端墻外側地連墻，嵌入深度為31 cm，如圖5所示。

圖5 341環盾構掘進位置

為保證盾構機順利到達，操作上的工序銜接至關重要，盾構機掘進嚴格按要點進行施工。

在加固體內掘進：在盾構機穿越止水帷幕進入加固區后，調整盾構推力和刀盤轉速，減少對掌子面土體的擾動，并以滿倉狀態掘進，在刀盤距離洞口3環左右時，調整為前欠壓掘進的方式，但此時必須保持滿倉。同時加強同步注漿，確保砂漿流失量。

同步注漿：盾構機進入加固區后（342～350環掘進），同步注漿壓力0.3MPa以內，每環注漿5.38～6.46m3；盾構機盾尾穿越素墻，盾構機刀盤未進洞前（351環掘進），為防止洞門漏漿，停止同步注漿；盾構機刀盤進洞（352環～358環掘進），同步注漿壓力0.3 MPa以內，每環注漿大于4 m3。

素墻密封止水：在盾構掘進至350環時，盾構機尾部穿越素墻，在346環～348環進行整環二次注漿（注雙液漿），封堵盾構機穿越隔水帷幕形成的通道，阻止外來水源、砂土進入接收井，保證接收井的封閉性。

在盾構機進行351環掘進時，停機注聚氨酯。在完成351環掘進后，停止盾構掘進，利用中盾外殼的超前注漿孔壓注聚氨酯漿液，使加固區土體和盾構機外殼之間形成一道止水環箍，確保盾構機進洞安全。

當盾構機掘進至355時，盾構機大部分盾出接收井加固區，此時簾布橡膠板已經包裹上盾構機外殼，盾構機盾尾注漿管距離洞口約1m，此時需將盾構機在加固區掘進形成的間隙進行封堵，確保盾構機全部貫穿洞口后洞口安全。可通過355環前的352環、353環及354環的管片吊裝孔注入雙液漿，在洞口處的管片周圍形成一道密封的漿液環箍，保證接收井加固區的整體性和封閉性，防止水和砂土通過管片與土體的空隙流出洞口，確保盾構機安全脫離接收井。

完成剩余盾構掘進及管片拼裝，直至盾構機完全脫離接收井，此時需進行洞口注漿，完成管片與土體的間隙。封堵措施為利用在車站主體結構施工預埋洞門鋼環的注漿孔壓注雙液漿，將洞門處的358環與車站結構形成一個整體，注漿過程中要遵循先下部、后上部的注漿原則，使漿液逐漸從下往上逐步擴展，避免注漿死角，在下部注漿凝固收縮后再進行洞頂處的漿液壓注，從而保證整體密封性。

4 結語

在富水砂層地質中采用土壓平衡盾構法施工時，應充分考慮各種風險，采取針對性的設計方案以及在實際施工操作中提高重視程度，才能確保盾構機安全到達。本文依托桔園洲站-洪灣站區間盾構接收施工，主要得到以下結論。

盾構接收井的加固方式應根據現場盾構機類型、地質條件和周邊施工環境合理的選擇加固措施。

在盾構機到達接收區域內，應對盾構法施工技術中的每一個環節加強全面而又細致的控制，以確保各種處理措施達到預期效果。

盾構機穿越接收井加固區時，嚴格按照施工要點對素墻、進洞洞門進行封堵和注漿。