土壓平衡盾構純水下接收技術經濟效益研究

摘要：以常州軌道交通2號線紅五盾構區間為例，為保證盾構能夠安全順利接收，進行了土壓平衡盾構純水下接收技術實踐研究。詳細分析了端頭井加固接收、鋼套筒接收、純水下接收3種施工技術原理，重點介紹了純水下接收技術的技術原理、施工流程、控制措施及施工效果。通過對3種技術的工期及費用的對比分析，得出盾構純水下接收技術經濟效益顯著，優于其他2種接收技術，值得推廣應用。

關鍵詞：土壓平衡盾構；端頭井加固；鋼套筒；工期；費用

0" "引言

隨著城市地鐵的不斷建設，地鐵施工技術越來越成熟，逐步適用于各種各樣的施工環境和條件[1]。在地鐵區間施工中，常應用礦山法、明挖法、盾構法等技術，其中盾構法以其安全性、可靠性強被廣泛應用[2]。在盾構施工中，除了下穿、側穿特殊結構安全風險較大外，風險性最大的工序主要為盾構始發和接收過程[3]。常用的盾構接收技術有端頭加固技術、鋼套筒技術水下接收技術等[4]。

在地鐵建設中，不斷有施工企業和技術人員針對各類特殊環境盾構水下接收技術進行了研究。楊釗等[5]開發了孟加拉卡納普里河底隧道盾構水下接收關鍵技術。楊國松等[6]進行了超大直徑泥水盾構水下接收關鍵技術的研究。張中勇等[7]研究了凍結加固土壓平衡盾構水下接收技術。安宏斌等[8]針對無端頭加固條件，研究了土壓平衡盾構水下接收施工技術；吳鎮等[9]分析了富水卵石層土壓平衡盾構水下接收技術。針對不同的盾構接收技術，不僅需要從其施工效果分析其適用性，還需進行經濟效益分析，證明其經濟可行、工期可靠。

1" "工程概況

常州軌道交通2號線TJ04標包含兩站兩區間，其中紅梅公園站至五角場站區間右線長1453m，左線1426m。采用盾構法施工，盾構機類型為土壓平衡盾構機，直徑為6.46m。紅五區間線路出紅梅公園站后側穿水門橋、在建月馨苑地下車庫，下穿京杭運河及駁岸后進入五角場站。紅梅公園站接收端頭地質主要為黏質粉土夾粉砂、粉砂層，靠近京杭運河約10m，地質條件及環境條件極差，滲水量大，不具備端頭加固的條件，且使用鋼套筒或回填土接收，不能滿足工期要求。

2" "盾構接收技術

2.1" "端頭井加固接收技術

端頭井加固主要采用三軸攪拌樁施工盾構端頭井加固Ａ區、Ｂ區和止水帷幕，并結合雙重管高壓旋噴樁完成全部端頭井地基建設。在止水帷幕與加固體的間隙設置管井，降低地下水水位，保證盾構進出洞施工的安全。盾構進出洞端頭井加固布置圖如圖1所示。

端頭井加固施工順序如下：端頭井圍護結構施工→加固區和止水帷幕三軸攪拌樁施工→端頭井開挖、結構和防水施工→雙重管高壓旋噴樁施工→降水井施工→降水→盾尾通過止水帷幕后環箍施工→盾構進出洞施工→后續注漿封洞門施工→降水井停止抽水，完成盾構進出洞施工。三軸攪拌樁施工工藝流程如圖2所示。

2.2" nbsp;鋼套筒接收技術

盾構接收前，需要安裝好鋼套筒接收裝置，鋼套筒與洞門鋼環之間采用預制的橡膠圓筒柔性連接，鋼套筒側面示意圖如圖3所示。

洞門破除后，清空鋼套筒內設備、材料、混凝土渣塊后填充回填料。盾構接收時，采用慢速推進、刀盤低轉速的施工模式，同時監測鋼套筒的安全穩定性、柔性連接的密封防水性及地表沉降情況。當盾尾刷距離脫出最后一環管片還剩0.5m時停止推進，對脫出盾尾后的管片進行二次注漿加固，封堵洞門。最后，通過鋼套筒泄水孔、觀察孔觀察加固情況，均無水流出即表示洞門封堵質量合格，可進行鋼套筒拆除作業。該技術可在洞門與鋼套筒之間產生一個緩沖區域，有效緩解盾構接收時產生的較大豎向力，抵消鋼套筒出現豎向位移，避免洞門結構被拉壞等現象，提高了盾構接收的安全性。盾構鋼套筒接收施工工藝流程圖如圖4所示。

2.3" "純水下接收技術

2.3.1" "技術原理

在常州地鐵2號線TJ04標紅五區間沒有端頭加固條件下，采用富水砂層土壓平衡盾構純水下接收施工技術。在盾構機到達接收井之前，盾構接收井內安裝好洞門密封翻板和簾布橡膠，并加固好盾構接收托架。利用水體流力學原理計算出接收豎井內注水高度，開始注水至指定標高。

2.3.2" "施工要點

嚴格控制盾構機掘進參數，確保接收井內的回填水與盾構掘進地層的水土之間達到力學相互平衡，防止地層中水土向豎井內流失，避免接收井地面塌方。盾構按照不同推進行程的設定參數進行掘進，待盾構機完全進入接收井內后拉緊簾布橡膠，在盾尾尾部20cm留在地連墻內時停機進行洞門注漿封堵。經檢測洞門處封堵完畢后，清理完豎井內回填的水，將盾構推出洞門，盾構機接收完畢。純水下接收盾構到達停機位置如圖5所示。純水下接收施工工藝流程如圖6所示。

2.3.3" "控制措施

接收工作開始前，對區間地質、周邊環境、地下水位等條件進行詳細全面的選點勘探分析。盾構接收過程中，需監控接收井內水位實時變化，保證地下水位在安全高度。盾構掘進過程中，嚴格控制同步注漿及二次注漿質量。漿液按配比配制，注漿過程中控制注漿壓力及注漿數量達到設計要求。

加強盾構機掘進控制，保持良好的盾構機姿態，使盾構軸線高于設計軸線20mm。掘進時，司機和值班工程師應根據實際掘進的情況，及時調整盾構機的掘進方向和速度，以適應地層、線路情況的變化。盾構掘進出洞過程中，全程監測地表沉降及地連墻變形情況。如發現異常，及時調整盾構掘進參數，注入化學漿等措施。

對盾尾刷檢查和修復，密切關注盾尾漏漿情況，確保盾尾密封性。如盾尾漏漿嚴重，必要時可壓注聚胺酯等防水材料。針對接收端洞口發生涌水涌砂及隧道內部發生滲漏水事故的可能性，要制定專項施工方案并制定相應預案。盾構接收掘進施工時，需要精準控制盾構機姿態，減少偏壓導致盾構轉向空隙。潛水作業由專業潛水人員進行。現場配備全套潛水設備，配備充足的氧氣瓶、壓縮空氣等潛水材料。

2.3.4" "施工效果

常州地鐵2號線TJ04標采用土壓平衡盾構純水下接收方法，成功進行了4次近河段富水粉砂層盾構機接收施工作業，最終盾構快速、安全地完成接收，提高了施工效率，縮短了工期，有效控制了地表沉降，降低了施工風險。通過采用該技術有效降低盾構接收過程中引起的地表沉降變形，達到了業主招標文件關于地表沉降≤10mm的要求。該技術先進、可操作性強，能有效降低施工風險，具有顯著社會、環保和經濟效益。

3" "盾構接收技術經濟效益分析

通過對比鋼套筒接收、端頭加固接收和純水下接收等3種接收技術的工期和費用，說明純水下接收的經濟性。

3.1" "鋼套筒接收效益分析

若采用鋼套筒接收技術，鋼套筒安裝需要采購鋼套筒及反力架、安裝鋼套筒、填充鋼套筒、拆除鋼套筒。該項目需要接收2臺盾構機，按購買一套鋼套筒，安裝、填充、拆除2次鋼套筒進行計算。

3.1.1" "鋼套筒及反力架費用

該項目需要鋼套筒和反力架總質量約為250t，采購價格約為225萬元。

3.1.2" "鋼套筒安裝費用

安裝一個鋼套筒需要工期10d，費用組成如下：150t起重機共20個臺班、240個人工，費用為32萬元。該項目需要安裝鋼套筒2次，鋼套筒安裝費用為64萬元。

3.1.3" "填充鋼套筒費用

使用低強度砂漿填充一次鋼套筒需要工期1d，費用組成如下：725m3低強度砂漿、37m混凝土輸送泵車1臺班，費用為25萬元。該項目需要填充2次鋼套筒，填充鋼套筒費用為50萬元。

3.1.4" "拆除鋼套筒費用

拆除一次鋼套筒需要工期為10d，費用組成如下：150t起重機共20個臺班、240個人工，費用為32萬元。該項目需要拆除鋼套筒2次，鋼套筒拆除費用為64萬元。

3.1.5" "施工工期

本項目頂板僅有一個吊裝孔，安裝填充完鋼套筒（11d）后，第1臺盾構機刀盤穿墻至盾體完全進入鋼套筒需要5d，然后開始拆除鋼套筒（10d）、盾構機平移拆機（30d），拆完第1臺盾構機才能安裝鋼套筒接收第2臺盾構機（16d）。根據以上狀況計算可知，從2臺盾構刀盤頂墻開始至完成接收需要工期預計為72d，總費用為403萬元。

3.2" "端頭加固接收效益分析

若采用端頭加固結構技術，盾構接收井端頭為高壓旋噴端頭加固方式。端頭加固接收費用由高壓旋噴加固費用、洞門鋼環及密封系統費用、接收托架費用組成。

3.2.1" "高壓旋噴加固費用

該項目盾構主機長度為11.45m，刀盤開挖直徑為7.55m。如果使用高壓旋噴樁端頭加固方法，加固長度約為15m，寬度為24m，深度為14m，加固體體積約為5040m3，加固工期為60d，需要在盾構刀盤到達加固區前完成加固，費用約為605萬元。

3.2.2" "洞門鋼環及密封系統費用

1套洞門鋼環及密封系統包括一套鋼環、2個橡膠簾布、兩套洞門翻板，采購價格約為20萬元。安裝1套鋼環需要3t叉車8個臺班、80個人工，費用為5萬元。2套洞門鋼環及密封系統安裝完成工期為8d，費用為50萬元。

3.2.3" "接收托架費用

需要采購2套接收托架，與水中接收使用的接收托架一致。接收托架質量約為33t，安裝加固需要150t起重機1個臺班、4個人工。安裝2套接收托架工期為2d，可與洞門密封結構安裝同時施工，費用為61萬元。

根據以上計算，該項目若使用端頭加固接收方式，需要費用為716萬元。2臺盾構機刀盤到達加固區前完成端頭加固（工期60d），2臺盾構機刀盤頂墻后，開始接收井內準備工作，完成準備工作后2臺盾構先后出洞，每臺盾構機出洞預計需要4d，2臺盾構機完成接收工期為16d。

3.3" "純水下接收效益分析

采用盾構機純水下接收技術，接收費用由2套洞門鋼環及密封采購安裝費用、2個混凝土導臺澆筑費用、2套接收托架采購安裝費用、潛水作業費用、注水及抽水費用組成。

3.3.1" "洞門鋼環及密封系統費用

需要采購及安裝兩套洞門鋼環及密封系統。該系統與水中接收使用的洞門鋼環及密封系統一致。2套洞門鋼環及密封系統安裝完成工期為8d，費用為50萬元。

3.3.2" "混凝土導臺澆筑費用

需要澆筑2個72m3混凝土導臺，可與洞門鋼環安裝同步施工。

3.3.3" "接收托架費用

與端頭加固接收一致。安裝2套接收托架工期為2d，可與洞門密封結構安裝同時施工，費用為61萬元。

3.3.4" "潛水作業費用

2臺盾構潛水作業需要潛水設備12個臺班、75t起重機12個臺班、潛水作業人員36個人工，費用為58萬元。

3.3.5" "注水及抽水費用

本項目水下接收需要用水5350m3，注水及抽水使用100m3/h水泵，需要工期1d，費用為5萬元。

根據以上計算可知，采用純水下接收方式，該項目需要費用為174萬元。2臺盾構頂墻后，接收井內開始準備工作，然后注水接收第1臺盾構（盾構機刀盤破墻到達停機位置工期3d），第1臺盾構到達停機位置后接收第2臺盾構，完成2臺盾構接收需要工期為16d。

3.4" "效益對比分析

3.4.1" "施工工期對比

2臺盾構純水下接收施工，從接收井內準備工作開始到完成2臺盾構接收工作共用時16d。如果使用鋼套筒接收，從接收井內準備工作開始到完成2臺盾構接收工作共用時72d。如果使用端頭加固接收，需要加固時間約為60d，從接收井內準備工作開始到完成2臺盾構接收工作共用時16d，共用時76d。通過對比分析可知，水下接收比鋼套筒節省盾構接收工期56d，比端頭加固接收節省端頭加固時間60d，同時減少了加固對環境造成影響。

3.4.2" "施工費用對比

2臺盾構純水下接收施工，接收費用為174萬元。如果使用鋼套筒接收，接收費用為403萬元。如果使用端頭加固接收，接收費用為716萬元。通過分析對比，使用純水下接收比鋼套筒接收節省229萬元，比端頭加固接收節省542萬元，故純水下接收經濟效益明顯。

4" "結束語

本文以常州軌道交通2號線紅五盾構區間為例，為保證盾構能夠安全順利接收，進行了土壓平衡盾構純水下接收技術實踐研究。通過對3種盾構接收技術進行對比分析可知，純水下接收費用遠遠低于鋼套筒接收和端頭加固法接收，工期也最短，具有很好的經濟性。該技術適用于現場無端頭加固條件、不能使用鋼套筒或者回填土盾構接收施工作業，可有效降低施工成本，提高施工效益，值得廣泛推廣。

參考文獻

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