既有車站無降水條件下盾構水平凍結加小鋼箱接收技術

劉純潔 （中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100）

1 工程概況

本工程為常州地鐵1號線一期工程土建施工09標段，合同范圍為三站四區間，起止里程：CK21+618.777～CK24+854.580，單線全長2695.5m。其中常州火車站在2009年火車站北廣場改擴建過程當中，作為常州軌道交通1號線的規劃預留站同步實施完成。2015年我標段開工建設時，車站頂板全部封閉，盾構沿線及車站周邊設施已經全部投入使用，接收端頭加固體系時隔8年，無法預計是否滿足現有盾構接收需要，且無法設置降水井，沒有吊裝條件無法進行常規鋼套筒接收，只能采用洞門補強加固及水平凍結法結合小鋼箱輔助接收。

2 原盾構端頭加固體系補強措施

2.1 盾構接收端頭加固區現狀

既有站博常區間接收洞門圍護結構采用鉆孔灌注樁，圍護結構外采用傳統三軸攪拌樁加高壓旋噴樁止水加固沿隧道走向延伸10m。該接收洞門圍護結構及加固體系與既有車站同步施工完成，我標段現場勘查時，發現該洞門圍護結構表面有多處滲漏，原有加固體系預計無法滿足我標段盾構接收需要，必須采取適宜的補強加固措施[1]。

2.2 原盾構洞門補強加固措施

既有站博常區間接收洞門所處地層為⑤2粉砂，在第Ⅰ層承壓水的壓力作用下，該洞門圍護結構破除后，極易產生流砂現象。為保證在破除圍護結構時，接收洞門土體的自穩和防水要求，項目部提前采用全斷面水平注入WSS漿液對洞門進行補強加固。WSS注漿是利用雙液高壓輸送泵分別將水泥漿和水玻璃泵送至雙液混合器，在較高壓力的作用下使兩種漿液迅速均勻混合，通過注漿管路使混合漿液迅速定向擴散到土體，填充到砂層縫隙，通過漿液凝固時產生的凝膠效應固結砂層。同時可根據實際情況，調整水泥漿和水玻璃的比例來調節漿液的凝結時間，從而控制漿液的擴散范圍，最終形成止水帷幕，達到注漿加固止水的目的。

在盾構接收端頭洞內水平鉆孔布設注漿孔，孔間距為 1000mm，外插角 5。～15。，孔深 4m（包含地連墻1m）；接收洞門的注漿孔采用三排環向錯位布置，選用φ42mm鉆孔孔徑，注漿壓力為2～4.0MPa，逐一進行單孔放射狀注漿，固結盾構洞門破除斷面加固體系范圍內的地層，達到土體改良、固結砂層強化止水的作用。

3 盾構接收洞門水平凍結加固

3.1 盾構接收洞門水平凍結區加長設計

博常區間盾構機刀盤到盾尾長度約為8.1m，原設計盾構接收洞門圈外凍結帷幕長度為10m，考慮盾構機刀盤到達凍結帷幕“杯底”時，原有10m的凍結帷幕不能有效的包裹住盾構機殼體，為原狀土與凍結帷幕接縫處注漿封環提供有利位置，可能會導致原狀土與凍結帷幕接縫處產生過水通道，在盾構接收時產生涌水涌砂。經過精確計算，我標段決定將原凍結帷幕長度增加至12m，洞門中心凍結厚度為2m，外圈凍土帷幕有效厚度保證在1.6m。交圈后平均溫度保持在≤-10℃，加固體指標 qu[28]為 0.8～1.0MPa，滲透系數≤10(-7)cm/s。如圖1所示為盾構接收、始發水平凍結平面圖。

3.2 盾構接收洞門水平凍結孔位布置

盾構接收洞門按水平角度共布設59個凍結孔，最外圈沿直徑8m的圓周布設34個凍結孔，第二圈沿直徑5.4m的圓周布設16個凍結孔，第三圈沿直徑2.7m的圓周布設8個凍結孔，洞門正中心處布設1個凍結孔，上部布設11個泄壓孔，洞門范圍內布設8個測溫孔。圖2所示為盾構接收凍結孔布置圖。

圖1 盾構接收、始發水平凍結平面圖

圖2 盾構接收凍結孔布置圖

3.3 水平凍結施工工藝流程

水平凍結施工工藝流程：生產準備→基礎施工→安裝→試壓、包扎保溫→充氟、試運轉→正常運轉→盾構始發、接收→拆除→撤場。

4 接收洞門增設輔助小鋼箱及盾尾刷

4.1 輔助小鋼箱結構原理

在接收洞門外側增加一套小鋼箱，鋼箱長度450mm，板厚20mm，分四塊拼裝，焊接于洞門鋼環之上，分內外雙層止水簾布和扇形壓板。小鋼箱和橡膠簾布板委托加工廠進行加工，現場組裝安裝。注漿孔用DN10鋼管制作，每45。設置1個，共設置7個（下部不設置）。

在盾構接收過程中向小鋼箱內同步注入惰性漿液以起到密封止水作用[2]。圖3所示為輔助小鋼箱結構圖。

圖3 輔助小鋼箱結構圖

外側翻板上焊接螺母，中間用鋼絲繩串聯，在端墻兩側用手拉葫蘆固定，在盾體、管片通過時，通過手拉葫蘆拉緊翻板，使得橡膠簾布板與盾體、管片緊密貼合，并向小鋼箱內注入惰性漿液進行填充，起到止水環箍的效果。必要時可注入化學漿液（WSS），快速凝固。

4.2 洞門處增加盾尾刷

在洞門鋼環內焊接兩圈加長型盾尾刷，并在結構墻設置盾尾油脂壓入孔，在盾構接收過程中可以壓注盾尾油脂，起到密封止水的作用。

5 結束語

綜上所述，通過采用對原洞門加固補強，水平凍結加長設計，增設輔助小鋼箱及盾尾刷，增強了盾構機在接收過程中的安全系數，有效規避了涌水涌砂的風險。本工程既有車站無降水條件下盾構順利接收，對于接收場地狹小不適宜進行鋼套筒接收而正常接收又具有很大風險的情況提供了參考。