富水砂层土压平衡盾构接收技术研究

黄 龙，宁行乐

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100123）

0 引言

近年来我国经济快速发展，各省会城市已开启城市地铁建设高峰期,土压平衡盾构法施工技术以其地层适应性广、作业安全、工程造价低及对周边环境影响小等诸多优点在地铁区间得到大规模应用。

盾构接收是盾构施工中技术难度大、工序复杂的施工阶段，也是盾构法施工中一个主要的风险集中点，必须给予重视［1-4］。福州地铁二号线桔园洲站-洪湾站区间，洪湾站盾构接收井地质为富水砂层，接收井地质情况差，周边环境复杂，一旦处理不当，洞门易发生涌水、涌砂及地层坍塌变形等事故，如何确保盾构顺利接收，安全到达是本工程的施工重点。本文以福州轨道交通2号线桔园洲站-洪湾站区间隧道盾构接收为背景，探讨了富水砂层盾构接收控制技术，并为类似工程提供有益参考。

1 工程概况

福州市地铁2号线桔园洲站-洪湾站区间沿金祥路东西向布置，区间始发于桔园洲站东端头井，沿金祥路向东到达洪湾站，区间隧道两侧主要为商铺、居民小区，线路在里程YCK21+0.00处下穿洪湾河。接收位于洪湾站西端头井，线路出桔园洲站后左右线分别以2‰上坡，之后以3.997‰、4‰上坡，最后以4.22‰下坡接入洪湾站为双线隧道。施工采用中交天和生产的φ6 460 mm的土压平衡式盾构机［5］。

盾构接收井由上而下依次为杂填土、粉质黏土、淤泥夹砂中细沙互层、粗中沙（稍密）、粗中沙（中密）、淤泥砂。接收井地下水为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。盾构机通过接收井时，覆土厚度为9.54 m，盾构机开挖面底部埋深为16 m。

2 盾构接收井端头处理

2.1 盾构接收端头加固

洪湾站盾构接收端：盾构隧道穿越范围内地层为全断面强透水的粗中砂（中密）层、下部为卵石层。根据探查的地质条件，在洪湾站盾构接收端头采取如下措施。

（1）接收井采用800 mm素混凝土地下连续（深约29 m）隔水帷幕，地连墙接缝处施工3根Φ800@600三重管旋喷桩以确保接缝隔水性，旋喷桩深度与素混凝土地连墙深度一致。

（2）在接收井隔水帷幕内采用Φ850@600三轴搅拌桩对盾构机穿越范围内地层进行预加固，加固范围为盾构机施工区域上、下、左、右各3m，有地墙侧加固至地墙截止。

（3）车站端墙与素砼墙围闭内侧设置一排Φ800@600三重管旋喷桩密贴地墙止水，如图1所示。

图1 洪湾站接收井端头加固

接收井加固施工完成，对加固区进行钻心取样，取样深度与盾构机开挖深度一致，以确保加固区强度符合要求。

2.2 端头加固素墙处理

盾构穿越始发端头加固区和0+359桥加固区过程中。由于加固区强度较大，盾构机进尺慢、扭矩大、渣温高，素墙渣和膨润土细颗粒等综合影响导致刀盘面板和部分开口烧结，在刀盘前方形成泥饼。为确保盾构顺利接收，对盾构端头加固素墙采取打孔，如图2所示。

图2 素墙打孔布置

3 盾构接收控制技术

3.1 盾构姿态调整

在盾构机开挖面距离接收井洞门约100 m时，需对盾构机姿态和位置进行测量，找出施工的隧道轴线与设计隧道轴线两者之间的关系，同时复核测量接收井洞门位置，制定盾构机接收姿调整和纠偏计划，纠偏计划要做到“勤纠，多纠”，严格控制每次纠偏量，逐步完成盾构机纠偏。

3.2 洞门防水帘布的安装

洞门密封装置安装步骤为：在接收井洞门圈内杂物清理干净后，安装洞门防水装置。防水装置安装顺序为：帘布橡胶板→折页压板→垫圈→螺母。在安装帘布橡胶板时需将帘布橡胶板内圈棱朝洞门外，确保盾构机到达时橡胶板平面接触盾壳。在安装帘布橡胶板完成后，采用Φ20钢丝绳连接折页压板上的卡环。同时调整帘布橡胶板位置和在帘布橡胶板内侧涂抹黄油，避免盾构机贯通时刀盘破坏帘布橡胶板。

3.3 洞门凿除

在盾构机到达连续墙背面时，同时素墙与管片环缝已注双浆液并达到止水效果无渗漏水后，对接收井洞门采用人工风镐破除。洞门凿除过程如下：首先地连墙凿除外侧保护层和外排钢筋，在凿除地连墙主体时将洞门划分为9各区域，由上而下依次进行，最后凿除内排钢筋，如图3所示。

3.4 最后10环管片紧固

为保证洞口10环管片的稳定，洞口管片采用14b槽钢纵向连接拉紧。每环6个点，盾构机机头接触地连墙开始将盾尾管片进行拉紧，盾构机接触地连墙盾尾管片为350环，将后方10环拉紧，即从341环～350环拉紧，后续掘进1环拉紧1环，以防止在管片脱出盾尾后，环与环间隙被拉大，如图4所示。

图3 洞门凿除平面布置

图4 盾构机进洞管片拉紧

3.5 盾构机穿越加固区封堵

桔园洲站-洪湾站区间盾构施工盾构机全长10.07 m，在施工过程中有2环包在盾构机尾部盾壳内。根据盾构机的里程和实际测量数据可以计算出：隧道管片最终拼装环数为358环，358环距离洪湾站结构端墙距离为150 cm；当盾构机完成341环掘进后，盾构机刀盘抵达接收井加固素墙，嵌入深度为6 cm；当盾构机完成350环掘进，盾构机盾尾穿越加固区素墙；当盾构机完成351环掘进时，盾构机抵达主体结构端墙外侧地连墙，嵌入深度为31 cm，如图5所示。

图5 341环盾构掘进位置

为保证盾构机顺利到达，操作上的工序衔接至关重要，盾构机掘进严格按要点进行施工。

在加固体内掘进：在盾构机穿越止水帷幕进入加固区后，调整盾构推力和刀盘转速，减少对掌子面土体的扰动，并以满仓状态掘进，在刀盘距离洞口3环左右时，调整为前欠压掘进的方式，但此时必须保持满仓。同时加强同步注浆，确保砂浆流失量。

同步注浆：盾构机进入加固区后（342～350环掘进），同步注浆压力0.3MPa以内，每环注浆5.38～6.46m3；盾构机盾尾穿越素墙，盾构机刀盘未进洞前（351环掘进），为防止洞门漏浆，停止同步注浆；盾构机刀盘进洞（352环～358环掘进），同步注浆压力0.3 MPa以内，每环注浆大于4 m3。

素墙密封止水：在盾构掘进至350环时，盾构机尾部穿越素墙，在346环～348环进行整环二次注浆（注双液浆），封堵盾构机穿越隔水帷幕形成的通道，阻止外来水源、砂土进入接收井，保证接收井的封闭性。

在盾构机进行351环掘进时，停机注聚氨酯。在完成351环掘进后，停止盾构掘进，利用中盾外壳的超前注浆孔压注聚氨酯浆液，使加固区土体和盾构机外壳之间形成一道止水环箍，确保盾构机进洞安全。

当盾构机掘进至355时，盾构机大部分盾出接收井加固区，此时帘布橡胶板已经包裹上盾构机外壳，盾构机盾尾注浆管距离洞口约1m，此时需将盾构机在加固区掘进形成的间隙进行封堵，确保盾构机全部贯穿洞口后洞口安全。可通过355环前的352环、353环及354环的管片吊装孔注入双液浆，在洞口处的管片周围形成一道密封的浆液环箍，保证接收井加固区的整体性和封闭性，防止水和砂土通过管片与土体的空隙流出洞口，确保盾构机安全脱离接收井。

完成剩余盾构掘进及管片拼装，直至盾构机完全脱离接收井，此时需进行洞口注浆，完成管片与土体的间隙。封堵措施为利用在车站主体结构施工预埋洞门钢环的注浆孔压注双液浆，将洞门处的358环与车站结构形成一个整体，注浆过程中要遵循先下部、后上部的注浆原则，使浆液逐渐从下往上逐步扩展，避免注浆死角，在下部注浆凝固收缩后再进行洞顶处的浆液压注，从而保证整体密封性。

4 结语

在富水砂层地质中采用土压平衡盾构法施工时，应充分考虑各种风险，采取针对性的设计方案以及在实际施工操作中提高重视程度，才能确保盾构机安全到达。本文依托桔园洲站-洪湾站区间盾构接收施工，主要得到以下结论。

盾构接收井的加固方式应根据现场盾构机类型、地质条件和周边施工环境合理的选择加固措施。

在盾构机到达接收区域内，应对盾构法施工技术中的每一个环节加强全面而又细致的控制，以确保各种处理措施达到预期效果。

盾构机穿越接收井加固区时，严格按照施工要点对素墙、进洞洞门进行封堵和注浆。