富水易液化砂層盾構接收施工技術

何 梁/ HE Liang

（南通市建設安全生產監督站，江蘇 南通 226006)

1 工程概況

某地鐵隧道區間采用盾構法施工，端頭接收加固體區域采用多孔管片，其余部分使用通用管片。隧道外徑6.2m，內徑5.5m，采用中鐵裝備DZ565、DZ566 兩臺土壓平衡盾構掘進。盾構本體長度8.2m。接收站為地下三層島式車站，圍護結構為1m 厚地連墻，車站端頭井基坑深27.25m，車站周邊多為商業、住宅建筑。

根據地質查勘：隧道頂部位于③2 粉砂、隧道底部位于④1 粉質黏土層。從地質情況可以看出端頭地質情況較為軟弱，地下水豐富，隧道范圍及頂部均存在一定厚度的粉砂層，而潛水主要賦存于淺部粉土、粉砂、粉質黏土層中（②、③層）。對盾構達到接收影響較大，施工過程中稍有擾動就會出現洞門涌水涌沙，所以采用割除盾尾盾構接收，以保證盾構順利接收。如圖1 所示。

圖1 盾構接收加固體及地質剖面圖

2 盾構接收風險因素

富水易液化砂層土質疏松，盾構接收姿態很難控制，盾構與洞門位置很難對準，接收時刀盤容易撕裂洞門圈的橡膠簾布，極易導致涌水、涌砂[1]。

富水易液化砂層在潛水層和承壓水層之間沒有明顯隔水層，水力之間存在聯系，如若端頭加固及降水措施不到位，極易造成洞門涌水涌砂、地表坍塌、建構造物沉降等施工風險。

接收端在老城區主干道上，地下管線錯綜復雜，甚至部分管線已經出現不同程度破裂，若盾構接收時土壓失衡、出土超量、同步注漿不到位，則易導致土體擾動，打破原有地層應力分布，嚴重的還可能導致地表下沉，對周圍建構造物造成威脅。

盾構進入冷凍加固區時，刀盤扭矩會明顯增大，宜采用小推力慢速推進，控制好盾構姿態，做好盾構的解鎖設置，準備蒸汽和鹽水防凍措施，避免盾構對外圈凍土帷幕產生過大作用，防止刀盤被凍住。

3 盾構接收施工

3.1 施工流程

施工流程如圖2 所示。

圖2 施工流程圖

3.2 洞門加固

3.2.1 水泥系加固

接收端頭地基加固設計采用?850@600 三軸攪拌樁加固，加固長度縱向有效12.0m，橫向與豎向加固寬度為隧道結構每側3.0m，攪拌樁搭接長度25cm，加固一區水泥摻量為8%，加固二區水泥摻量為20%，采用P42.5 級普通硅酸鹽水泥。在三軸攪拌樁加固體與地連墻之間40cm 設置一排?800@500 三重管旋噴樁加固，旋噴樁與攪拌樁及圍護墻搭接長度25cm，旋噴樁水泥摻量35%，水灰比1∶1，搭接長度30cm。在加固體區外設置一排三軸攪拌樁止水帷幕，水泥摻量為20%。在止水帷幕與地下連續墻兩端陽角處形成包角的位置施作6 根深度同止水帷幕的三重攪拌樁加固。施工前必須試樁，以便根據加固效果，確定施工工藝及各項施工參數。

3.2.2 冷凍法加固

因車站周邊商業、住宅較多，地面又為主干線，經論證區間右線接收井垂直冷凍管布置兩排，A排15 個，B排14 個。A排離槽壁距離0.4m，相鄰排距1m，孔間距0.8m，冷凍管單孔深度25.91m。右線垂直冷凍共布置4 個測溫孔，單孔深度25.5m。積極冷凍30～35 天。設計冷凍壁有效厚度2.0m，洞門圈以外上下左右各3.0m，板塊凍結壁類型為I 類凍結壁，僅為鑿墻期間止水作用。因考慮到水泥水化熱作用效果，冷凍加固施工需在三軸攪拌樁和三重旋噴樁完成3 個月后開始進行。

3.3 降水井布置

在加固體外側和中部施作10 口備用降水井應急使用，分為止水帷幕內側降水井、止水帷幕外側備用降水井2 種。止水帷幕內側疏干降水井：直徑27.3cm、深28.0m，降水井底部進入④1t層，距離⑤1 層還有1.0m。止水帷幕外側觀測兼備用降水井：直徑27.3cm、深34.0m，降水井底部進入⑤1 層6.0m。因周邊商業、住宅較多，地面為主干線車流量較大，當降水井開啟時要加強對周邊環境、建構造物的監測，確保施工安全。

3.4 洞門密封裝置

在盾構始接收前，在內襯墻上的盾構洞門鋼環周圍安裝環行密封橡膠板止水裝置，該裝置在洞門鋼環周圍安裝設有M20 螺孔的預埋板，用螺栓將簾布橡膠板、圓環板和扇形壓板栓連在預埋環板上。當盾構沿推進方向掘進時，帶鉸接的扇形壓板被盾構帶動向盾構前進方向轉動，并支撐密封橡膠板，封閉在盾體外徑處，止住水向接收井內流入。當盾體通過洞門密封裝置后，橡膠簾布緊縮，壓住扇形壓板，防止水流沿管片外徑向接收井內流入，同時也防止同步注漿漿液外溢[1]（圖3）。

圖3 洞門簾布安裝圖

3.5 洞門鑿除

洞門破除前在洞門上“米”字形鉆9 個觀察孔，長度宜為深入攪拌樁50cm，安裝閥門，當不出現連續滲水漏砂，自穩性等技術指標滿足施工規范要求后，再進行洞門鑿除[2]。地連墻設計厚度1.0m，為防止洞門完全破除后土體失穩危及車站及隧道安全，洞門破除過程中先破除70cm 厚度，剩余30cm 為二次鑿除部分，以減少洞門掌子面暴露時間。

3.6 二次注漿

在高水壓富水砂層中盾構進洞時，土倉里的水除了來自盾體周圍圍巖間外，大多數來自盾尾后方管片壁后的流水通道。為了徹底阻斷盾尾后方來水，在盾尾后第3 環后每一環注雙液漿來做止水環箍，跳環注漿施工，單孔注漿量不宜低于0.6m3，水泥漿與水玻璃體積比1 ∶1，注漿壓力0.2～0.5MPa，采取跳孔注漿方式。注雙液漿之前在脫出盾尾1～2 環管片開孔注高性能優質聚氨酯，防止雙液漿流向盾體周邊包裹盾體。止水環箍做完后通過在止水環箍前方開孔觀察的方式對止水效果驗證，用鋼釬打孔至管片后1.0m，孔內無泥水流出說明止水環箍效果顯著，確保止水措施有效后方可進行下步施工。

3.7 割除盾尾并焊接洞門

盾構進入接收井時被橡膠簾幕板包裹，同時洞門內圈輔助彈簧鋼板，形成雙重止水防線，有效提高了洞門的密封性。

緩慢推進盾構，當盾尾脫出洞門鋼環10cm時，洞內仍然剩余2.5m 盾尾，此時利用“L”形鋼板立即將盾尾整環與洞門鋼環焊接封閉，同時隧道內利用弧形鋼板將接收環管片與盾尾焊接成整體，最后割除盾構接收。

“L”形鋼板尺寸：板厚0.8cm，寬40cm，邊緣寬12cm，內圈半徑為盾構盾尾半徑3.2m，外圈半徑為洞門剛環外邊緣半徑3.5m，圓心角20°，共加工18 塊。

弧形鋼板尺寸：板厚0.8cm，寬25cm，邊緣寬12cm，內圈半徑為管片中心半徑3.1m，外圈半徑為盾尾半徑3.2m，圓心角10°，共加工36 塊。

通過盾尾與洞門及管片焊接，圖4 中可以明顯看出盾構后方來水（滲水通道1、滲水通道2）均被封閉，滲水通道1 經過彈簧鋼板、橡膠簾幕板、“L”形鋼板三道阻截，可以有效避免泥水沿著盾構與洞門間隙進入端頭井。滲水通道2 經過盾尾鋼絲刷、弧形鋼板兩道阻截，可以有效避免泥水沿著管片與盾構間隙進入端頭井，有效規避了盾構接收風險。

圖4 盾尾焊接處理圖

3.8 現場應急準備

洞門破除前，在距地連墻1.5m 的隧道兩側地面預埋垂直注漿管，用注漿鉆機在隧道兩側地面各引2 個孔至隧道頂0.5～1.0m 位置作應急注漿孔，接收時提前接好聚氨酯注漿泵。另外在洞門3、5、7、9 點方向的側墻上增設1.5m 深水平注漿孔，并安裝好球閥。盾構接收破洞過程中將高效聚氨酯、雙液漿、棉被、注漿泵、阿特拉斯等應急物資和設備分別備于地面、掌子面、隧道內，盾構進入到達段后，加強地表沉降監測，搶險隊伍現場隨時待命。

4 結論

本地區高度重視在富水易液化砂層地質條件下的三層換乘車站盾構接收施工，不惜花費大量成本和精力來確保接收安全。不僅采用了常規水泥系加固，還使用了鹽水冷凍加固和割盾尾封洞門技術，通過采取多種盾構接收保障措施，有效阻止了泥水沿著管片與洞門間隙進入端頭井，規避了盾構接收重大風險。但如何將多種加固措施在富水易液化砂層地質條件下進行優化配置，既可以發揮功效規避風險，又能最大程度上節省成本加快施工進度，需進一步深入研究。