超大直径泥水盾构水下接收关键技术

杨国松， 王海林， 张兆远， 敬怀珺

（湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410200）

随着我国地下空间开发，出现越来越多的大直径盾构隧道[1～3]。同时，随着周边基础设施建设的日益完善，盾构隧道的建设需面临更复杂的周边环境、更差的地质条件和更高的施工风险；而盾构接收环节是整个盾构施工过程的关键，如何确保盾构顺利接收成为研究重点[4～6]。

目前，我国城市轨道交通建设中常见的盾构接收方法为接收井端头加固+帘幕橡胶板防水接收[7～8]。针对超大直径泥水盾构接收的相关研究工作较少，本文以实际工程为例，着重研究了在海域环境及深厚淤泥层中如何采用水下接收技术保证盾构顺利到达。

1 工程概况

某通道工程位于已建的两座大桥之间，穿越道路和海域后，终点与规划的某隧道相接，线路全长6.68 km，设特长隧道1 座（5 300 m），互通立交2 处，管控中心1 处，收费站1 处，风塔2座。盾构接收井位于华侨公园东南侧，东面为龙湖沟，南面为内海湾防洪大堤，平面外包尺寸为48.1 m×30 m，深31.31 m，见图1。

图1 盾构接收井位置关系

盾构接收井场区范围内从上到下穿越地层主要为淤泥、粉细砂、淤泥质土、砾砂、中粗砂、强风化花岗岩、中风化花岗岩。淤泥厚度13 m 左右，承载力特征值为50 kPa，地下水类型主要为松散岩类孔隙承压水及块状岩类裂隙水，还分布有松散岩类孔隙潜水。场地内地下水对盾构水下到达影响大，孔隙水地下水埋深为0～4.5 m,平均埋深2.3 m，标高为-5.1～2.3 m，平均标高-0.68 m。通过抽水试验测得承压水埋深为4.66 m，标高为-0.55 m。地下水对混凝土结构有中腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有强腐蚀性。

2 盾构水下接收关键技术

盾构准备接收前应合理安排端头加固、加固区备用降水井、浇筑接收底座、洞门墙凿除、临时封堵墙施工、回填砂浆和水等工作。盾构破洞后应及时施作临时洞门，逐步、逐层降水清砂，最终完成永久洞门的施工。

2.1 端头加固

确保接收端地层土体的稳定性及防水性是保证盾构顺利接收的关键。

1）端头加固范围：纵向加固长度9 m，上部加固至场地标高（4.355 m），下部至隧道底以下5 m，左右加固至盾构隧道管片外边缘5 m 范围内。

2）加固区内地层采用ϕ850 mm@600 mm 三轴搅拌桩加固，要求渗透系数≤1×10-7cm/s，28 d 无侧限抗压强度≥1 MPa。

3）在加固体与接收井地下连续墙之间施作一排三重管高压旋喷桩ϕ800 mm@600 mm止水。

4）在接收井端头9 m范围纵向分3排设置12口降水井，进入粉质黏土层5 m。在降水井洞门凿除及降水清砂施作临时洞门前，抽排水降低水位。见图2。

图2 端头加固

2.2 临时封堵墙

盾构到达时隧道覆土厚度14.37 m，接收井内需回灌砂+水至环框梁顶，此时盾构泥水仓顶部压力可设定为0.14 MPa。为避免回灌料侵入后端主体结构，需将接收井四周封闭，在接收井北端墙与明挖段交界处现浇一处600 mm 厚钢筋混凝土封堵墙。封堵墙钢筋采用植筋方式与底板、顶板连接并锚入侧墙及中隔墙内，从回灌开始至清理完成需全程加强对封堵墙的监测。顶板上部风道依靠主体结构与风塔之间的地下连续墙封堵挡水。见图3。

图3 临时封堵墙设计

2.3 洞门凿除

接收端洞门范围地下连续墙槽段长6 m，背土侧为普通钢筋，迎土侧采用玻璃纤维筋，主筋内外侧保护层厚度均为80 mm，采用C45 水下混凝土，抗渗等级为P10。见图4。

图4 洞门范围玻璃纤维筋设计

盾构接收前需破除背土侧全部的ϕ32 mm钢筋网及80 mm厚保护层，由下到上2 m一个循环分层进行凿除。

2.4 盾构接收基座及回填砂浆

盾构接收常见的基座台为钢制或混凝土结构，对盾构接收掘进的控制精度要求相对较高。本次接收基座采用M15水泥砂浆，考虑到原设计盾构接收井内底板以上整体回填2.01 m 素混凝土，盾构接收基座在素混凝土上再整体回填926 mm（最低处）M15 水泥砂浆，回填砂浆设置2.9%纵坡；考虑洞门稳定性及拆机需要，再将端墙外6.3 m（拆机位置盾尾至端墙距离）范围内砂浆提高50 cm。

接收基座施工完成后，进行接收井砂水回填施工，回填前在侧墙上标记刻度线，以便降水清砂时判断液位变化情况。井内回填分为2个阶段。

1）第一次回填与洞门凿除同步进行。首先回填砂至封堵墙底部，高度7.48 m；然后回灌水至设计标高（环框梁顶部），高度22.33 m。回填完成后提供水土压力为0.13 MPa。见图5。

图5 第一次回填

2）第二次回填在盾构机尾到达地下连续墙迎土侧，回填主要目的是为保证盾尾离开地下连续墙时的注浆效果；此次回填砂至盾构机顶上2 m，回填高度距底板18.78 m。回灌水至设计标高，高度11.03 m（水深减少高度与二次回填砂高度一致）。回填完成后提供泥水压力0.143 MPa。见图6。

图6 第二次回填

2.5 盾构掘进参数

泥水压力的控制是泥水平衡盾构施工的关键；因此，盾构到达段的掘进施工，要根据不同地质条件、覆土厚度、地面情况设定泥水压力，选定泥水性能指标并根据地表隆陷监测结果及时调整泥水压力和性能。接收段的掘进速度要保持相对平稳并逐步减小，控制好掘进纠偏量，减少对地层的扰动。同步注浆量和注浆压力要根据推进速度、排浆量适当调整，通过加强盾构后地表隆陷监测确定同步注浆和盾构通过后地表隆陷的关系。到达段加强盾构隧道的轴线控制，掌握盾构机纠偏的主要施工参数，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。盾构到达段掘进施工，共分6个阶段进行，见表1。

表1 盾构到达段掘进施工阶段及参数

2.6 同步注浆及二次注浆参数

盾构接收过程中应严格控制注浆参数，同步注浆应及时填充脱出盾尾管片背后的环形间隙，保证浆液填充饱满，二次注浆目的是封堵加固体外侧地下水渗流通道，防止刀盘穿过地下连续墙时加固体外侧地下水通过盾壳背部通道涌入盾构井；重点关注非加固体与加固体、加固体与地下连续墙、地下连续墙与主体墙接缝处注浆情况，二次注浆范围为洞门外24 m。

同步注浆浆液选择水泥砂浆，凝结时间在3～6 h，强度≮2.0 MPa；注浆压力控制在0.4～0.6 MPa，注浆扩散系数1.5～1.8，注浆量控制在35～40 m3。二次注浆采用单液浆配合双液浆形式，以水泥浆为A 液、水玻璃为B 液，A、B 液混合后的凝结时间控制在60 s 左右，双液浆配比应在每次施工前进行试验调整，根据试验结果确定实际配比。浆液材料选用42.5 普通硅酸盐水泥和35 Be’的水玻璃，由管片注浆孔注入。控制压力暂定为0.4～0.5 MPa，注浆量0.2 m3/孔。

2.7 外包式洞门设计

洞门临时封堵采取喷射混凝土形式，封堵完成后再施作永久洞门结构。临时封堵主筋采用2 排ϕ20 mm 钢筋，环向间距1.8°，以植筋的形式植入管片。每层砂水清理及植筋完成后，开始喷射C25 早强混凝土封堵洞门，保证管片背部间隙填充密实，在混凝土达到一定强度后开始清理下一层砂水。

东西线盾构机拆机完成后及时施作永久外包洞门结构，洞门厚度500 mm，倒L形，施工前需切除多余部分管片，采用植筋的形式与管片及主体结构侧墙连接，植筋长300 mm。见图7。

图7 永久洞门设计

3 水下接收效果

根据现场监测结果，盾构在接收过程中周边场地均未出现地面沉降、涌水、涌泥及临时封堵墙渗水等异常情况，盾构顺利完成水下接收。

4 结论与建议

1）超大直径泥水盾构在深厚淤泥及砂层中接收时，常规方式可能无法保证加固效果及接收安全性，建议采用水下接收的方式。

2）盾构接收前需严格做好加固措施，保证凿除洞门墙钢筋及破除地下连续墙时，无涌水、涌泥及土体沿滑动面破坏等情况发生。

3）盾构接收过程中需及时调整掘进参数及同步注浆、二次注浆参数，防止掘进过程中地表出现较大的变形，确保掘进精度，保证盾构顺利接收。

4）外包式洞门能有效避免内嵌式洞门需破除临时洞门及管片切割可能导致的风险。