超大直徑泥水盾構水下接收關鍵技術

楊國松， 王海林， 張兆遠， 敬懷珺

（湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410200）

隨著我國地下空間開發，出現越來越多的大直徑盾構隧道[1～3]。同時，隨著周邊基礎設施建設的日益完善，盾構隧道的建設需面臨更復雜的周邊環境、更差的地質條件和更高的施工風險；而盾構接收環節是整個盾構施工過程的關鍵，如何確保盾構順利接收成為研究重點[4～6]。

目前，我國城市軌道交通建設中常見的盾構接收方法為接收井端頭加固+簾幕橡膠板防水接收[7～8]。針對超大直徑泥水盾構接收的相關研究工作較少，本文以實際工程為例，著重研究了在海域環境及深厚淤泥層中如何采用水下接收技術保證盾構順利到達。

1 工程概況

某通道工程位于已建的兩座大橋之間，穿越道路和海域后，終點與規劃的某隧道相接，線路全長6.68 km，設特長隧道1 座（5 300 m），互通立交2 處，管控中心1 處，收費站1 處，風塔2座。盾構接收井位于華僑公園東南側，東面為龍湖溝，南面為內海灣防洪大堤，平面外包尺寸為48.1 m×30 m，深31.31 m，見圖1。

圖1 盾構接收井位置關系

盾構接收井場區范圍內從上到下穿越地層主要為淤泥、粉細砂、淤泥質土、礫砂、中粗砂、強風化花崗巖、中風化花崗巖。淤泥厚度13 m 左右，承載力特征值為50 kPa，地下水類型主要為松散巖類孔隙承壓水及塊狀巖類裂隙水，還分布有松散巖類孔隙潛水。場地內地下水對盾構水下到達影響大，孔隙水地下水埋深為0～4.5 m,平均埋深2.3 m，標高為-5.1～2.3 m，平均標高-0.68 m。通過抽水試驗測得承壓水埋深為4.66 m，標高為-0.55 m。地下水對混凝土結構有中腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有強腐蝕性。

2 盾構水下接收關鍵技術

盾構準備接收前應合理安排端頭加固、加固區備用降水井、澆筑接收底座、洞門墻鑿除、臨時封堵墻施工、回填砂漿和水等工作。盾構破洞后應及時施作臨時洞門，逐步、逐層降水清砂，最終完成永久洞門的施工。

2.1 端頭加固

確保接收端地層土體的穩定性及防水性是保證盾構順利接收的關鍵。

1）端頭加固范圍：縱向加固長度9 m，上部加固至場地標高（4.355 m），下部至隧道底以下5 m，左右加固至盾構隧道管片外邊緣5 m 范圍內。

2）加固區內地層采用?850 mm@600 mm 三軸攪拌樁加固，要求滲透系數≤1×10-7cm/s，28 d 無側限抗壓強度≥1 MPa。

3）在加固體與接收井地下連續墻之間施作一排三重管高壓旋噴樁?800 mm@600 mm止水。

4）在接收井端頭9 m范圍縱向分3排設置12口降水井，進入粉質黏土層5 m。在降水井洞門鑿除及降水清砂施作臨時洞門前，抽排水降低水位。見圖2。

圖2 端頭加固

2.2 臨時封堵墻

盾構到達時隧道覆土厚度14.37 m，接收井內需回灌砂+水至環框梁頂，此時盾構泥水倉頂部壓力可設定為0.14 MPa。為避免回灌料侵入后端主體結構，需將接收井四周封閉，在接收井北端墻與明挖段交界處現澆一處600 mm 厚鋼筋混凝土封堵墻。封堵墻鋼筋采用植筋方式與底板、頂板連接并錨入側墻及中隔墻內，從回灌開始至清理完成需全程加強對封堵墻的監測。頂板上部風道依靠主體結構與風塔之間的地下連續墻封堵擋水。見圖3。

圖3 臨時封堵墻設計

2.3 洞門鑿除

接收端洞門范圍地下連續墻槽段長6 m，背土側為普通鋼筋，迎土側采用玻璃纖維筋，主筋內外側保護層厚度均為80 mm，采用C45 水下混凝土，抗滲等級為P10。見圖4。

圖4 洞門范圍玻璃纖維筋設計

盾構接收前需破除背土側全部的?32 mm鋼筋網及80 mm厚保護層，由下到上2 m一個循環分層進行鑿除。

2.4 盾構接收基座及回填砂漿

盾構接收常見的基座臺為鋼制或混凝土結構，對盾構接收掘進的控制精度要求相對較高。本次接收基座采用M15水泥砂漿，考慮到原設計盾構接收井內底板以上整體回填2.01 m 素混凝土，盾構接收基座在素混凝土上再整體回填926 mm（最低處）M15 水泥砂漿，回填砂漿設置2.9%縱坡；考慮洞門穩定性及拆機需要，再將端墻外6.3 m（拆機位置盾尾至端墻距離）范圍內砂漿提高50 cm。

接收基座施工完成后，進行接收井砂水回填施工，回填前在側墻上標記刻度線，以便降水清砂時判斷液位變化情況。井內回填分為2個階段。

1）第一次回填與洞門鑿除同步進行。首先回填砂至封堵墻底部，高度7.48 m；然后回灌水至設計標高（環框梁頂部），高度22.33 m。回填完成后提供水土壓力為0.13 MPa。見圖5。

圖5 第一次回填

2）第二次回填在盾構機尾到達地下連續墻迎土側，回填主要目的是為保證盾尾離開地下連續墻時的注漿效果；此次回填砂至盾構機頂上2 m，回填高度距底板18.78 m。回灌水至設計標高，高度11.03 m（水深減少高度與二次回填砂高度一致）。回填完成后提供泥水壓力0.143 MPa。見圖6。

圖6 第二次回填

2.5 盾構掘進參數

泥水壓力的控制是泥水平衡盾構施工的關鍵；因此，盾構到達段的掘進施工，要根據不同地質條件、覆土厚度、地面情況設定泥水壓力，選定泥水性能指標并根據地表隆陷監測結果及時調整泥水壓力和性能。接收段的掘進速度要保持相對平穩并逐步減小，控制好掘進糾偏量，減少對地層的擾動。同步注漿量和注漿壓力要根據推進速度、排漿量適當調整，通過加強盾構后地表隆陷監測確定同步注漿和盾構通過后地表隆陷的關系。到達段加強盾構隧道的軸線控制，掌握盾構機糾偏的主要施工參數，將施工軸線與設計軸線的偏差及地層變形控制在允許的范圍內。盾構到達段掘進施工，共分6個階段進行，見表1。

表1 盾構到達段掘進施工階段及參數

2.6 同步注漿及二次注漿參數

盾構接收過程中應嚴格控制注漿參數，同步注漿應及時填充脫出盾尾管片背后的環形間隙，保證漿液填充飽滿，二次注漿目的是封堵加固體外側地下水滲流通道，防止刀盤穿過地下連續墻時加固體外側地下水通過盾殼背部通道涌入盾構井；重點關注非加固體與加固體、加固體與地下連續墻、地下連續墻與主體墻接縫處注漿情況，二次注漿范圍為洞門外24 m。

同步注漿漿液選擇水泥砂漿，凝結時間在3～6 h，強度≮2.0 MPa；注漿壓力控制在0.4～0.6 MPa，注漿擴散系數1.5～1.8，注漿量控制在35～40 m3。二次注漿采用單液漿配合雙液漿形式，以水泥漿為A 液、水玻璃為B 液，A、B 液混合后的凝結時間控制在60 s 左右，雙液漿配比應在每次施工前進行試驗調整，根據試驗結果確定實際配比。漿液材料選用42.5 普通硅酸鹽水泥和35 Be’的水玻璃，由管片注漿孔注入。控制壓力暫定為0.4～0.5 MPa，注漿量0.2 m3/孔。

2.7 外包式洞門設計

洞門臨時封堵采取噴射混凝土形式，封堵完成后再施作永久洞門結構。臨時封堵主筋采用2 排?20 mm 鋼筋，環向間距1.8°，以植筋的形式植入管片。每層砂水清理及植筋完成后，開始噴射C25 早強混凝土封堵洞門，保證管片背部間隙填充密實，在混凝土達到一定強度后開始清理下一層砂水。

東西線盾構機拆機完成后及時施作永久外包洞門結構，洞門厚度500 mm，倒L形，施工前需切除多余部分管片，采用植筋的形式與管片及主體結構側墻連接，植筋長300 mm。見圖7。

圖7 永久洞門設計

3 水下接收效果

根據現場監測結果，盾構在接收過程中周邊場地均未出現地面沉降、涌水、涌泥及臨時封堵墻滲水等異常情況，盾構順利完成水下接收。

4 結論與建議

1）超大直徑泥水盾構在深厚淤泥及砂層中接收時，常規方式可能無法保證加固效果及接收安全性，建議采用水下接收的方式。

2）盾構接收前需嚴格做好加固措施，保證鑿除洞門墻鋼筋及破除地下連續墻時，無涌水、涌泥及土體沿滑動面破壞等情況發生。

3）盾構接收過程中需及時調整掘進參數及同步注漿、二次注漿參數，防止掘進過程中地表出現較大的變形，確保掘進精度，保證盾構順利接收。

4）外包式洞門能有效避免內嵌式洞門需破除臨時洞門及管片切割可能導致的風險。