盾構小半徑曲線接收段滲控施工技術

隨著城市地鐵的大量修建，盾構施工方法應用越來越廣泛，在某些周邊環境限制情況下，隧道需要采用小半徑曲線線路，進而出現曲線段盾構到達接收井的情況。為了保證接收盾構的安全，以實例盾構接收施工為例，詳細探討了在高水位情況下，容易出現涌水涌沙事故的原因，并提出詳細的施工技術措施。

盾構; 小半徑曲線; 接收端; 涌水涌沙; 防治對策

U455.43A

施工技術與測量技術施工技術與測量技術

［定稿日期］2023-02-10

［作者簡介］王?。?973—），男，本科，高級工程師，研究方向為軌道交通;王成宗（1992—），男，本科，工程師，研究方向為土木工程。

0" 引言

在地鐵隧道施工中，小半徑曲線盾構是一種常見的施工方法。而小半徑曲線盾構地段施工產生的反力會使隧道向曲線外側移動。當盾構隧道的徑向和土層的剛度較小時，隧道會發生較大位移，如果位移過大，隧道的軸線將偏離原定的軸線，產生較大的工程危害。針對小半徑曲線盾構施工問題，國內專家提出較多的保證施工質量和安全措施。而小半徑曲線盾構施工危險更大的是盾構機始發和到達接收井時的環節，如處理不當會造成較大的工程損失，甚至人員傷亡。介紹盾構右線接收時出現的涌水涌沙事故，針對這種問題提出了一些防治措施，并成功應用到左線施工中。

1" 某工程事故案例

1.1" 工程概況

某地鐵區間采用盾構法施工。左線長770.34 m；右線長716.129 m。線路自出站以左轉小半徑450 m曲線—直線—右轉小半徑450 m曲線—直線—左轉小半徑450 m曲線到達XX站接收，埋深為14.3～19.6 m。

由于盾構接收段施工屬于危險較大的分部分項工程，因此對接收工作井端頭一定范圍內土體進行加固，加固措施采用攪拌樁+旋噴樁；靠近車站端頭采用2排800@500 mm三重管旋噴樁，攪拌樁采用850@600 mm三軸攪拌樁［1］，旋噴樁與攪拌樁及車站圍護結構各咬合250 mm。

1.2" 工程地質與水文地質

接收段地層主要為上部④2粉砂層、中部⑤1粉質黏土層、下部⑥1黏土層。土層不均，且④2粉砂層、⑤1粉質黏土層土質流塑型較強，受承壓水影響水壓較大（圖1）。潛水最高地下水位標高為4.0 m左右；微承壓水水位標高在1.6～1.62 m左右；第I承壓水水位標高-1.77 m左右。

1.3" 事故經過

在右洞盾構接收施工中，洞門右側出現大量泥水，滲漏孔徑約10 cm，且有擴大的趨勢。隨后洞門左側出現滲漏，涌水孔徑達5 cm。險情發生后，項目工作人員及時在隧道內對589、590環注入聚氨酯環箍，累計注入2 t聚氨酯。然后用沙袋裝土，棉絮堵孔。同時地面上監測工作同步啟動。當完成最后一環594推進拼裝時，及時對洞門防水裝置進行拉緊，并對588環依次向前進行二次注雙液漿封堵，累計注入水泥10 t，水玻璃2 t后，洞門已無漏水現象，地面沉降穩定。

2" 小曲線半徑接收風險分析

2.1" 小曲線半徑接收涌水涌砂分析

（1）原因一：區間在R=450 m小半徑平曲線及24.271‰上坡豎曲線條件下右線盾構接收時，洞門鋼圓環與線路水平方向夾角為6°，豎向夾角為1.2°。刀盤外弧內弧相差90 cm，刀盤在洞門鋼圓環范圍內頂部與底部相差16 cm，見圖2。因此造成刀盤與洞門鋼圓環左右間隙不均勻。在盾構推進時，刀盤會出現向右側偏離，使洞門右側簾布翻板裂開，無法有效止水。而盾尾接收時，盾尾與鋼圓環間隙左側小右側大，見圖3，使得盾尾拉裂已經凝固的止水漿液，喪失止水效果，形成后方涌水通道。

（2）原因二：地鐵施工工期緊，大多數端頭井加固是與基坑開挖同時施工，開挖過程中引起車站槽壁后土體發生變形，形成滲水通道，后期沒有采取有效的處理措施，引發滲水事故。

2.2" 小曲線半徑接收施工難點分析

根據該區間施工情況，總結出小半徑曲線接收施工存在如下難點：

（1）難點一：在小半徑曲線盾構接收時，如果糾偏過大，易造成土體擾動，增加地層損失，在軟土地區盾構時達到0.5%～1.0%。同時，掘進時實際挖掘量將超過理論掘進量。

（2）難點二：當盾構工作井周圍地層強度較低，透水性強時，小半徑曲線盾構易造成周圍土體大面積下沉，而不滿足盾構對防塌的安全要求，必須采取必要的加固措施［2］。對于水位較高，土層較弱，加固措施的選取和施工難度較大。

（3）難點三：在圓曲線上接收盾構，盾構機頭一出洞，將沿著井內盾構接收基座前進，盾構機在接收基座上很難按曲線糾偏［3］，只能直線掘進，從而造成盾構機軸線與設計軸線存在偏差［4］。

（4）難點四：盾構場所有有較多不明障礙物時，掘進時可能發生左右側變形不均勻問題，使得盾構機一側偏移較大，嚴重的可能造成掘進失敗。

（5）難點五：盾構機到達洞門鋼環時，因盾構機處于小曲線半徑上，所以刀盤水平方向的兩個中心點與洞門鋼環的距離是不相同的，刀盤相對于洞門鋼環是一種傾斜狀態，盾構本體與洞門存在一定量的夾角，因而進洞時刀盤很容易碰到鋼環上或者存在卡死現象。

（6）難點六：盾構機曲線接收，盾構機接收時軸線與洞門存在夾角，接收架無法精準定位，盾構機在接收架上無法實現糾偏，在整個接收架上推進過程容易發生啃軌現象。

3" 小曲線半徑接收涌水涌砂風險防治措施

總結區間右線接收經驗教訓，在既有線路不能調整前提下，為了防止左線接收時出現涌水涌沙事故，對盾構進洞施工措施加以優化。

3.1" 優化加固區長度

盾構接收段常規的加固區為9 m，見圖4，盾構機進洞時，刀盤到達洞門鋼環時，盾構機本體尾端正好處于加固區邊緣，此時加固區存在薄弱環節，就會在盾尾形成滲水通道，從而影響著盾構進洞施工安全。

施工技術與測量技術王健， 王成宗： 盾構小半徑曲線接收段滲控施工技術

因此，將加固區長度調整為盾構機本體長度加上2.4 m，見圖5，相當于刀盤到達洞門鋼環位置，盾構機本體尾端有2環管片在加固區內，在盾構機還未接觸圍護結構時提前，通過在盾尾注入環箍，可有效地抑制盾尾后方的滲水問題。

3.2" 割線接收

小半徑曲線進洞時，盾構機實際軸線為擬合設計軸線，造成管片超前量滿足不了盾構機實際轉彎需求，無法實現切線進洞。結合以往施工經驗，盾構機在加固區內適當開啟內弧側超挖刀，實現加固區轉彎進行割線接收，見圖6。割線接收時，注意刀盤過鋼環中心點需與洞門中心點重合，在實行割線轉彎時，盾構機姿態不能偏離設計姿態5 cm。

3.3" 管片選取

盾構機在接收進入接收架時，同步注漿是停止狀態，導致最后幾環的管片與土體存在很大空間的間隙，采取普通型號的管片（單孔管片）在一次注漿后往往漿液會堵塞注漿孔，當需要二次注漿或多次注漿時存在施工困難，嚴重情況時漿液無法注入。因此在盾構進洞后10環管片選取多孔型號的管片，能夠增加注漿效率，大大減少進洞涌水涌砂風險。

3.4" 洞門止水裝置改進

在地下水豐富的土層中進洞，洞門止水裝置是必不可少的一部分，常規的洞門止水裝置是采用簾布橡膠板和洞門壓板組合形式［5］，小曲線半徑進洞時，盾構機刀盤往往會對簾布產生擠壓破壞，簾布的止水效果大大折扣。因此采用類似盾尾密封刷的裝置對洞門進行止水，如圖7所示。采用2 mm厚的薄板，加工成“L”型，總共144塊，按照每5°把“L”型鋼板焊接在洞門鋼環內，在環內平行焊接2圈“L”型鋼板，2圈鋼板的間距控制在30 cm以內，“L”型鋼板采用短邊焊接，為使焊接效果較好，2塊型鋼板的短邊應具有相同朝向，在盾構機準備進洞時，鋼板中間填充棉被或海綿條等，形成一道似盾尾密封刷裝置，有效阻止后方的水源滲流通道［6］。

3.5" 環箍施工的準確性

通過測量定位，精準的計算出，盾構機盾尾到達加固區的位置，當盾尾完全進入加固區后，開始施工環箍。在加固區與非加固區間注入雙液漿，形成止水帷幕，有效地阻止后方滲水通道，切斷后方水源。

在承壓水豐富地區，可在加固區內掘進一環后對盾尾后方第三環注雙液水泥漿直至刀盤抵達圍護結構，也可采用二次進洞施工，抑制水源向刀盤前方流動，保證盾構接收安全。

3.6" 其他輔助措施

3.6.1" 接收架與洞門斜交

常規的直線接收，盾構接收架是與洞門垂直擺放，而針對小曲線半徑接收情況，考慮盾構機進洞時，與洞門存在夾角，而盾構機進入接收架時，是不能進行糾偏處理，為讓盾構機更順利的接收完成，盾構機接收架擺放時也需與洞門存在夾角，保證接收架軸線與盾構割線接收的軸線重合，在定位接收架的中線軸線時，還需計算兩條軌道的中心線，確保定位的準確性。

同時為了盾構機順利進入接收架，接收架的標高控制要比設計低10～20 mm左右。

3.6.2" 測量定位精準

控制測量的準確性，多次復合，精準計算掘進至加固區的位置，出加固區的位置，接觸圍護結構的位置，開始與停止注漿的位置以及開起超挖刀和關閉超挖刀的位置等。

3.6.3" 洞門小引軌正確安放

為了確保盾構機接收時順利進入接收架，需在加固區到接收架空隙間安裝接引裝置。采用43軌在洞門鋼環內焊接2個引快，標高與接收架軌道平齊或略高1 cm。

盾構機刀盤掌子面到達洞門鋼環的時間不一致，一前一后進入鋼環，為同時在盾構機底部對其產生脫力，需要提前精準的計算出刀盤掌子面前端到達洞門鋼環時，后端與鋼環的距離，從而確定小引軌前后安裝距離。如圖8和9所示。如小曲線半徑左轉接收時，沿著推進方向左邊線接觸鋼環，從而右邊的小引軌安裝靠前，左邊安裝靠后。

3.6.4" 洞門鑿除改進

小曲線半徑接收，盾構機刀盤不能同時到達掌子面，區間接收時，刀盤左側剛接觸掌子面時，右側刀盤距離掌子面距離90 cm，見圖10。正常把圍護結構鑿除，造成刀盤一側懸空，另一側還處于加固區內，刀盤掌子面應力分布不均勻，對盾構機產生反作用力，促使盾構機偏離預計軸線，割線接收產生變動。因此在洞門鑿除后，洞門的環面與盾構機的掌子面完全平行，盾構機到達洞門時應力全部釋放。

3.6.5" 拉緊條的正確使用

將進洞段的最后一段管片上下位置和腰部采用槽鋼相互連結，增加隧道剛度［7］；防止盾構機接收后，管片的應力突然消失，盾構機拉壞管片造成滲漏水。在最后幾環管片拼裝時，應及時復緊管片的拼裝螺栓，提高隧道的整體抗形變的能力，避免破壞管片的拼裝質量或造成安全隱患。

3.6.6" 引流管的安裝

在洞門鋼環外內襯墻上取4個引流孔，如圖11所示，引流孔傾斜深度侵入至盾構掘進線路內，插入銅管（深度只需出內襯墻即可），安裝好球閥，在接收的時候打開球閥進行泄壓、觀察滲漏水等，水流較大時也可對其進行注漿，封堵水源。

4" 施工效果

根據右線接收的施工經驗，對左線采用了上述的施工措施后，左線隧道不但順利貫通，地表沉降控制在+10/-30 mm范圍之內，速率控制值+3/-4 mm/d之內，見圖12所示，各項指標達到優良。貫通后對洞門進行壓漿施工，地面沉降達到穩定狀態，對后期沉降起到了很好的控制穩定作用。

5" 結束語

根據工程的實際進展情況，該地鐵區間右線、左線按時貫通。雙線貫通后各項指標滿足規范要求。通過上述施工措施的綜合應用，順利完成了小半徑曲線盾構接收施工中涌水涌沙問題，各項控制指標均在允許范圍內，為今后類似工程提供一定的借鑒作用。

參考文獻

［1］" 郭銳. 超深三軸攪拌樁在復雜地質條件下基坑中的應用［J］. 建筑工程技術與設計，2017（36）：2270-2271.

［2］" 呂寶偉. 大直徑盾構小半徑曲線段接收技術探討［J］. 鐵道標準設計，2010（11）：94-96，113.

［3］" 程傳過. 軟土地層盾構機小半徑曲線接收技術應用［J］. 鐵道建筑技術，2018（Z2）：132-136.

［4］ "李德生. 毗鄰建筑物的小半徑曲線盾構始發技術［J］. 建筑工程技術與設計，2018（8）：748-749.

［5］" 譚仕波. 富水軟土地層土壓平衡盾構機始發關鍵技術控制要點［J］. 環球市場，2016（14）：173.

［6］" 李有兵. 泥水盾構高水壓條件下盾尾刷的更換技術［J］. 環球市場，2012（8）：70-72.

［7］" 楊宇. 地鐵盾構施工常見問題及對策［J］. 城市建設理論研究（電子版），2013（16）.