富水砂層中土壓平衡盾構到達接收技術研究

陳煥志

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北省武漢市 430074）

0 引言

近年來，隨著我國綜合國力的不斷提升，國內基礎設施建設也在飛速發展，不少成城市開始了地鐵興建，其中盾構法施工在地鐵隧道及其他下管廊施工中被廣泛運用。然而，地鐵施工事故也每年都有發生，其中不少涉及到地面沉降、坍塌的事故[1-2]。在富水砂層中盾構到達是盾構法施工中的一個巨大風險，需要引起高度重視，并給出關鍵環節的合理技術控制措施，以保障盾構的安全、順利到達接收。盾構到達接收階段可大致分為四個關鍵環節：盾構到達前準備、盾構到達洞門密封、盾構到達技術控制、盾構到達洞門封堵，這些關鍵工序的把控直接關乎整個工程的安全與質量。

1 工程概況

海～盤區間含2個平面曲線，曲線半徑均為3000m。本區間設置一聯絡通道。區間線路縱坡呈“V”字坡，線路最大坡度24‰，最小坡度2‰。隧道埋深約14.9～21.9m。到達端頭覆土約10.12m平曲線處于直線段上，豎曲線為向上2‰縱坡，主要穿越③-1層粉砂夾砂質粉土、③-2層粉砂。

2 盾構到達前準備

2.1 端頭加固

為提高地層自穩性，防止開挖面坍塌及地面沉降，減小盾構到達時涌水、涌砂風險，盾構到達前需對到達端頭提前進行加固處理。海～盤區間端頭加固長度為9.7m，加固寬度為盾構隧道結構每側3m，豎向加固范圍為盾構隧道結構上下各3m；盾構井端頭加固體采用?850@600mm三軸攪拌樁，加固一區的綜合水泥摻量為9.7%（即：每幅三軸攪拌樁全斷面水泥摻量為7%（152kg/m）），加固二區的綜合水泥摻量為27.69%（即：每幅三軸攪拌樁全斷面水泥摻量為20%（434.7kg/m））。采用P42.5級普通硅酸鹽水泥；止水帷幕與圍護結構接縫處采用3根?800三重管旋噴樁補強，水泥摻量為250kg/m；圍護結構與加固區施工冷縫采用?800@500三重管旋噴樁補強，水泥用量為300kg/m。在盾構到達前對端頭加固體強度、加固體整體性、均勻性情況進行了驗收，加固情況達到了設計要求。

2.2 降水

富水砂層由于地下水位較高，導致施工困難，需在施工前進行降水作業，降低地層含水量，將地下水降低到合理位置，減少施工風險。海～盤區間到達段主要地層為③-1粉砂夾砂質粉土，地下水主要為潛水和微承壓水。降水能夠起到促使土體固結，提高土體強度，改善施工條件的作用。

海～盤區間到達端頭設計置6口降水井及2口觀測井，降水井內徑300mm，前期因水位無法降低至區間底部1m，后在止水帷幕四個邊角補充了4口降水井，之后穩定地下水位位于隧底lm以下。

2.3 盾構到達前洞門密封

2.3.1 洞門防水密封安裝

盾構機到達前，在管片和洞圈間安裝橡膠簾幕板及折頁壓板，以避免可能的泥水涌入端頭井內。當盾構前體推進端頭井時，通過壓板卡環上的鋼絲繩調整折葉壓板使其盡量壓緊簾布橡膠板，以防止洞門泥土及漿液漏出。

2.3.2 洞門止水鋼板

由于接收井洞門圈直徑大于盾構機外徑，盾構機出洞時盾體與洞門鋼環之間存在一定的間隙，為了填補這些間隙，防止盾構出洞時洞門漏水、漏砂，在洞門鋼環內焊接兩道整圈的止水鋼板。止水鋼板采用1cm厚、寬25cm的弧形鋼板焊接，兩道止水鋼板間距15cm，兩道止水鋼板之間填充15cm×15cm的海綿條，如圖1所示。當盾體推進洞門圈時，止水鋼板受力外翻，起到止水效果。

圖1 止水鋼板安裝

3 盾構到達控制技術

3.1 沉降控制

在富水砂層中，地層含水量大，粉砂及砂質粉土在地下水的作用下具有極強的流動性。因此，在富水砂層盾構到達過程中，如果不加以合理的控制極易造成地面大幅沉降。經驗證，盾構到達加固體前土倉土壓控制在1.2bar左右、同步注漿漿液每環5m3左右；刀盤在抵達地連墻前3～5環，采用氣壓輔助模式，逐步減少土倉內的渣土量，使用氣壓來維持土壓平衡，地面沉降控制在8mm以內，滿足要求。

3.2 同步注漿

盾構完全進入加固體前保證同步注漿漿液飽滿，及時填充盾尾間隙，同時漿液填充到位能夠起到堵截后放來水的效果。同步注漿采用消石灰、粉煤灰、砂、膨潤土、水混合攪拌成的惰性漿液。盾構進洞門鋼環前20環開始盡可能加大同步注漿量，注漿方量控制在5m3以上，以盾尾不漏漿為控制標準。

4 盾構到達洞門封堵技術

4.1 止水環

為阻斷盾構區間后方水流，在止水帷幕位置進行壁后二次注漿，形成第一道環箍，將地下水阻隔在止水帷幕外。在加固區前進行二次注漿，形成第二道環箍，將水阻擋在加固體外。盾構進洞門前，在洞口位置二次注漿，形成第三道環箍，阻隔加固區內的水，防止水從洞門位置流出。三道環箍二次注漿漿液全部采用雙液漿（水泥漿+水玻璃）注漿壓力按0.5MPa控制。注漿完成后，開孔檢查成環情況，若管片壁后出現漏水則再次實施補充注漿。

4.2 注聚氨酯

該區間刀盤到達地連墻時，打開土倉3、9點位球閥發現有大量清水噴出后，立即在盾體徑向孔及盾尾后三環管片開孔注聚氨酯，同時對土倉內的積水進行抽排。完成聚氨酯封堵、土倉內積水抽排完畢后，無積水匯入土倉，聚氨酯封堵效果良好。

4.3 洞門封堵

盾構到達接收托架后，要對洞門進行封堵，在洞門鋼環和最后一環管片整環焊接弧形鋼板，并在鋼板上留置球閥。弧形鋼板焊接完成后對洞門進行注漿封堵，并通過打開預留球閥觀察的方式檢查注漿是否飽滿，直至頂部預留球閥有漿液流出，洞門注漿飽滿。

5 結束語

由于富水砂層，土體自穩能力差，因隧道施工引起的土體變形反應迅速，易產生管涌、流砂現象。在此類地層中進行盾構接收施工作業風險大，技術難度高。通過實際工程案例，研究分析了到達施工的關鍵節點技術，主要得出以下結論：

（1）端頭加固及降水至關重要。富水砂層盾構到達端頭必須高質量的進行加固處理并做降水施工，從而提高地層自穩性。

（2）地面沉降的控制關鍵在土壓控制及注漿控制。

（3）盾構的托架需嚴格控制安裝精度，確保盾構接收姿態與洞門線形吻合，避免損傷簾布。

（4）加強洞門密封防水是盾構安全到達及到達接收的前提保障。洞門鋼環焊接焊止漿板、簾布的正確安裝、拉緊設施，以及洞門同步、二次注漿方法措施能夠起到很好的洞門密封效果。