富水砂層運營車站鋼套筒盾構接收技術研究

王旭波

（中鐵七局集團第三工程有限公司，陜西 西安 710032）

土壓平衡盾構法是目前城市隧道施工當中采用的主要方法之一，尤其是針對軟土地區，在土壓平衡盾構法中地下水的處理是整個施工的關鍵環節。盾構始發和接收是整個盾構法施工時關鍵的風險因素，其是否能夠完成盾構接收將影響地鐵隧道的通行。注漿法、凍結法以及鋼套筒等都是施工中常用方法，這些方法在實際工程施工中均能夠獲得良好的效果。但針對一些特殊地質條件還需要對上述方法進行完善，文章主要以蘇州地鐵盾構建設工程作為研究對象，深入探究端頭加固施工技術和成樁效果。

1 工程概況

1.1 設計分析

文章以蘇州地鐵5號線5標地鐵盾構接收車站作為研究對象，該標段共包含兩個盾構區間，投入7#和8#2臺盾構機分別進行掘進施工，其中竹園路站～港務路站區間采用8#盾構法施工，8#盾構機從港務路站西端頭井左線始發，掘進至竹園路站東端頭后盾構調頭，從竹園路站東端頭井右線始發，掘進至港務路站西端頭右線吊出。盾構區間所使用的管片內徑為5500mm、外徑為6200mm、寬度為1500mm、厚度為350mm，采用錯縫連接的方式，在管片環縱縫間使用螺彎螺栓進行有效連接，其中環縫使用16個螺栓，縱縫使用12個螺栓進行連接。

1.2 地質情況分析

該地理位置接收地層主要包括雜填土、素填土、粉質黏土、黏粉砂等。接收洞身圍巖是以粉質黏土為主，第一承壓含水層是粉砂，該水層的水頭標高為0.1m，粉質黏土是該承壓含水層的隔水底板；第二承壓含水層為粉砂，標高為-1.0m，第11和第10層粉質黏土是承壓含水層的隔水底板。第一、二層承壓水間的隔水厚度達到4～10m。

1.3 環境因素分析

東北側110kV高壓線桿是停用線路，距離加固區域為2m，距離端頭井位置為6.5m，高壓線距離地面標高為12m，其位置無其他管線鋪設。

2 接收密封施工方案

從設計方案上來看，在接受之前需要加固工作井端頭部分位置的土體，可以使用旋噴包角、攪拌加固等方式。搭接距離為250mm；高壓螺旋裝的加固樁徑，間距分別為650mm和450mm。在攪拌樁加固隧道的上、下3m和4m為加強加固區，隧道頂部3m以上到達地面位置是弱加固區。具體施工平面圖如圖1所示。

圖1 竹園路東端頭井底板平面圖（單位：mm）

施工密封性和安全性是關鍵點，1個月齡期無側限抗壓強度應當高于0.8MPa，滲透系數低于10-8cm/s，而對于弱加固區土體經過加固之后強度應當高于原土體強度。從加工效果上來看，完成土體的加固之后，在盾構接受期間需要采取取芯法進行加固體檢驗，取芯樣品的尺寸信息為（70×70×70）mm，齡期為40d，分別取6組樣品獲得平均抗壓強度，其抗壓強度為11.3MPa，可滿足設計要求。為分析密封效果需要對洞門完成水平探孔，其深度為3m，打穿連續墻使其可達到加固區域，發現會存在一定的漏水問題。及時關閉閥門之后進行原因分析，發現在探孔過程中出現漏水主要是由于盾構接收端頭加固質量很難控制，且該車站是一種地下結構，盾構接收地層主要位于粉質黏土和粉砂，粉砂層硬度較高，端頭加固使用旋噴樁時成樁難度較大，進而會導致在加固探孔過程中端頭出現漏水的問題。

3 加固方案

結合探孔存在的漏水問題，需要對接收一定范圍內的土體進行二次加固，具體措施如下：

（1）需要在原加固區域使用WSS雙液注漿而形成止水帷幕，要求注漿深度達到23m，使用水泥水玻璃雙液漿的方式，其加固壓力為2.2MPa，能夠起到良好的阻止效果。

（2）在洞門范圍內斜向進行注漿，加固范圍向外延伸4m，確保在破除洞門時加固土體的安全性。洞門范圍水平注漿能夠注入洞門下半環的位置，底部的孔距和兩側孔距分別為400mm、800mm，隧道軸線和注漿口呈現20°向周邊布設，壓力為1.5MPa。

（3）采用雙高壓旋噴加固的方式，再向地下連續墻進行600mm范圍內增加一排雙高壓懸噴樁進行加固，這種雙高壓旋噴型號為800mm、600mm，注漿壓力達到30MPa，提升速度達到100mm/min，完成一遍復噴之后需要提高速度至150mm/min。針對加縫在處理過程中需要在兩端使用WSS的雙液注漿進行封堵，之后可以使用雙高壓旋噴裝置，要求樁間距為500mm，壓力為30MPa，提升速度為100mm/min，2遍復噴之后速度提高到150mm/min。

（4）應急降水。針對端頭加固位置可以設置8個降水井，在接收過程中應急降成壓水完成端口的注漿之后，需要進行降水井施工，該降水井的深度水平間距隧道下縫參數分別為25m、5m、5m，將其深入2層3m的粉質黏土層中。采取上述的加固措施之后，再次對洞門進行探水測試，結果發現不存在滲漏水的問題，基本能夠滿足盾構接收的相關要求。

4 盾構前的準備

4.1 復核盾構姿態

當盾構機施工過程中進入盾構一定范圍之后，需要準確測量盾構機的位置，進一步明確進洞隧道中心軸線和隧道中心軸線之間的關系，同時還需要復核測量接收洞門的位置，以進一步確定盾構機的貫通姿態和決定糾偏計劃，逐步完成糾偏。比如以左線接收作為研究對象，共設計463環，在接收過程中要求左線盾構機位于449環，經過測量之后偏差為前后各-16mm、-7mm，垂直偏差前后分別為15mm、-11mm，其盾構姿態是符合相應設計要求的。洞門中心水平垂直偏差分別為-20mm、-30mm，符合相應的設計要求。

4.2 管片拉結

當盾構機達到一定的掘進位置之后，需要減小盾構的推動作用力，當隧道貫通之后由于盾構前方并沒有反推力，因此會導致管片之間環縫連接不緊密，進而產生漏水的問題。對此，需要采取措施確保管片拼接質量，即在基座接收過程中焊接反力塊來增加盾構機的反推動作用力。在最后的11環管片中可以在吊裝孔位置利用槽鋼進行拉結，避免管片松動。

4.3 破除洞門

在盾溝機的切口進入加固層后，距離洞門30mm的位置，需要停止盾構推力，將正面切口的正面推進壓力值降到最低，使土倉泥土出空，實現洞門的鑿除。在洞門鑿除過程中需要分3步進行：（1）需要鑿除洞門內層的鋼筋；（2）需要鑿除中間的混凝土位置，保留最外層的鋼筋，完成洞圈內直水鋼板焊接；（3）需要在洞口頂部再次進行鑿除，完成洞門鑿除。

4.4 二次接收施工工藝

盾構機刀盤抵達連續墻后：

（1）當盾構機掘進到800mm、第458環之時，刀盤抵達連續墻，利用盾尾的管片空隙注漿，填充完整，同時還需要對第454、453環完成二次注漿。

（2）在加固體和管片之間利用漿液將進行空隙封閉，同時還可以通過盾體設置注漿孔，進行聚氨酯的充填，防止地下水沿管片外空隙或者盾殼外部間隙進入加固體內部。

（3）焊接動圈內形成弧形鋼板圈，注意接收焊接洞圈的盾構外徑和其直徑的間隙，本案例盾構外徑洞門圈的內徑、間隙、單邊參數分別為6450mm、6700mm、125mm，在盾構進洞之前需要在洞穴內部焊接鋼板，進而縮小洞圈和盾殼之間的間隙，同時還需要利用海綿條進行填充，防止盾構進洞過程中洞圈形成空隙。

（4）完成盾構的一次接收，當盾構機掘進到700mm和第460環時，刀盤出洞門圈邊緣之后需要停止盾構推動力，并且在盾殼和洞門圈完成弧形鋼板的焊接，完成焊接之后需要立刻用冷凝水泥封堵鋼板和鋼圈縫隙。

（5）完成洞圈封堵后，需要結合實際漏水情況確定是否需要再次進行柱液漿。如果無滲漏問題則無需進行注漿，之后進行快速掘進，如果漏水需要利用管片吊裝孔，從第455～460環之間使用壁厚后填充水泥的方式，要求水泥漿配比為1∶1，注漿壓力為0.2MPa。

5 小結

綜上所述，高壓旋噴裝的方式在富水砂層成樁效果一般，在粉質黏土層中能夠獲得良好的成樁效果，在實際施工當中還可以使用WSS垂直注漿的方式，控制注漿凝結時間。在周圍條件理想的基礎上適當抽取地下水，降低承壓水水頭，能夠確保盾構實現安全接收，采用二次接收的方式能夠提高盾構的安全性接收。