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1、盾构到达明洞结构接收施工技术 张鹏 徐州市城市轨道交通有限责任公司 摘 要： 盾构接收是盾构法施工中风险较大的关键工序, 特别是在含有承压水的粉土、粉砂层中极易出现涌水、涌砂或地面塌陷等险情。天津地铁 6 号线某区间盾构接收位于地下 3 层车站, 埋深较大, 接收段位于富含承压水的粉土及粉砂层中, 施工风险极高。在此情况下, 采用明洞结构辅助盾构接收, 提高了盾构接收的风险可控性, 大大降低了施工风险, 具有重要的推广价值。关键词： 盾构; 明洞结构; 到达接收; 作者简介：张鹏, 男 (1987-) , 徐州市城市轨道交通有限责任公司, 助理工程师。收稿日期：2017-07-03Constr
2、uction Technology of an Open Cut Tunnel Structure Attachment for Shield ArrivalZHANG Peng Xuzhou Urban Rail Transit Co., Ltd; Abstract： Shield arrival is a critical and risky working procedure in shield method construction. The shield arrival may cause dangerous omens in silt and powder sand layers
3、which contain confined water, including water bursting, sand gushing or earth sinking. The shield arrival of Tianjin Metro, Line 6, is located in the third floor underground. For the reason that this construction has been buried so deep, and located in the silt and powder sand layers which are rich
4、in confined water, the construction risk is considered to be extremely high. Hence, under such circumstances, the application of cut-and-cover tunnel structure in shield arrival improving risk control and reducing construction risk is promotional in construction practice.Keyword： shield; cut and cov
5、er tunnel structure; shield arrival; Received： 2017-07-030 引言盾构到达接收是盾构法隧道施工的最后一道工序, 是盾构法施工的重点和难点之一, 施工风险很大, 处理得不好, 极易出现事故。当接收端头地层条件及周边环境较为复杂时, 传统的盾构接收工法仍存在一定的风险, 此时, 采用明洞结构辅助盾构接收, 可以极为有效的提高盾构接收的风险可控性, 确保盾构顺利接收。1 工程概况天津地铁 6 号线某区间盾构接收井位于市区主干道上, 车流量极大, 周边市政管线密集, 接收井南侧 40m 为既有运营地铁 3 号线, 西侧临近居民楼, 与隧道最小净距
6、仅为 9.4m。盾构到达位于地下 3 层车站, 洞门中心埋深为 18.7m, 接收处主要地层为 (8) 1 粉质粘土、 (8) 2-1 砂质粉土、 (8) 2-2 粉砂层, 其中 50%断面位于 (8) 2-2 粉砂层, 且具较高的承压水头。盾构到达接收极易产生洞门突发喷涌导致土体大量流失, 造成地面局部塌陷, 直接威胁到临近的建 (构) 筑物及管线的安全, 甚至影响到地面交通及既有地铁的运营和居民的正常生活, 工程风险巨大。综合考虑后, 为确保盾构安全接收, 决定采用明洞结构辅助盾构接收的施工工艺。2 明洞结构接收应用根据盾构到达施工所存在的周边环境风险, 结合现场实际工况条件等, 在安全、
7、经济、并确保工期的原则下, 选用地基加固土体结合明洞结构接收的新型工艺。2.1 接收端头地基加固由于接收端头市政管线密集且无法迁改, 因此地基加固范围受到一定限制。加固纵向范围为车站盾构井井壁向外 5m, 横向范围以隧道结构为边界向左右两侧各延伸 3m, 加固深度为隧道结构上、下各 3m。端头采用三轴搅拌桩结合三重管高压旋喷桩进行加固。三轴搅拌桩桩径850mm, 搅拌桩搭接 250mm, 搅拌桩与地下连续墙之间的间隙采用三重管高压旋喷桩 (桩径为 800mm) 进行补加固, 旋喷桩搭接 300mm。地基加固结束后进行了取芯检测, 所取桩芯具有良好的均匀性和自立性, 满足 28d 无侧限抗压强度
8、1.0MPa、渗透系数1.010cm/s 的设计要求。2.2 盾构接收总体施工流程区间盾构到达接收施工流程如图 1 所示:图 1 盾构到达总体施工流程图 下载原图2.3 明洞结构设计制作明洞结构辅助接收, 即利用混凝土箱体新型工艺实施区间盾构的接收施工。经设计验算, 在接收端头井下 3 层布设一混凝土箱体, 采用增设墙身方式与既有结构连接, 明洞内尺寸为 11.35m9.55m8.5m (长宽高) , 墙身及顶板厚度为 800mm, 在盾构机接收完成后再进行凿除。同时, 考虑后期回灌及洞门封堵施工等安全因素, 在下 2 层板洞圈边线部位分别预留 2 个 1.5m1.5m 的检查孔, 明洞结构端
9、墙上预留侧门一处, 检查孔及侧门均安设密闭性良好且可以灵活开关的钢制安全门, 每个安全门上预留 2 寸球阀 2 个, 并安设压力表。 (图 2) 图 2 混凝土箱体横纵剖面示意图 下载原图2.4 洞门破除及明洞箱体回灌盾构明洞接收不设置基座, 为了防止盾构推至明洞箱体后叩头, 在明洞箱体内先铺设低强度砂浆。根据实际施工情况, 选用 M7.5 水泥砂浆既能保证承载盾构机的需求, 又能保证盾构机刀盘对其切削而不损伤刀盘, 确保盾构机在此基础上能够转动刀盘向前推进, 完全模拟在泥土中的推进施工。明洞箱体内的回填浇筑分 3 次进行, 以此确保浇筑密实。回填介质选用水泥砂浆, 浇筑前进行配比实验, 需满
10、足 3d 抗压强度 1MPa, 28d 抗压强度 1.5MPa 的要求后方可实施现场施工。表 1 回填砂浆配比表 (1m) 下载原表 综合考虑到洞门破除的安全风险, 采用自下而上逐层破除的方式, 破除与明洞箱体砂浆回灌相应, 分 3 层破除。即在底部第 1 层洞门破除结束后立即对其进行回灌, 待砂浆初凝后再破除第 2 层, 以此类推, 但需控制最后 1 层回灌时保证砂浆面与下 2 层板底部预留 10cm 净距。图 3 分层破除回灌示意图 下载原图2.5 盾构机接收(1) 盾构机接收前进行定向测量, 对洞门进行复测, 根据测量结果比对当前盾构姿态, 发现偏差及时调整, 确保盾构以良好的姿态到达。
11、(2) 盾构进入加固区及明洞箱体时, 根据刀盘扭矩及地面监测情况适当降低土压力值, 但不宜调整过大, 否则会出现超挖引起盾构机叩头及盾构后方承压水窜至刀盘前造成螺旋机喷涌等情况影响正常的掘进施工。(3) 加固区及明洞箱体内的砂浆土质较硬, 为控制推进轴线和保护盾构刀盘, 必须耐心磨削, 使土体得到充分切削, 给定刀盘转速为 0.97rad/min, 推进速度控制在 10mm/min 以内, 尽量做到均衡施工, 减少对周围土体的扰动。(4) 盾构机进入明洞箱体的过程中安排专人监视安全门上的压力表变化值, 若压力增大明显需停止掘进并查明原因。同时, 重点检查明洞箱体的密闭性是否完好, 若出现涌水涌
12、砂立即停止掘进并进行封堵处理。(5) 盾构推进至盾尾预留在洞圈内 1.5m 位置时停机, 在隧道内 5 环范围注浆打设止水环箍, 注浆前需压注足量的盾尾油脂。注浆结束 24h 后开启安全门检查明洞内有无水砂涌出, 若有则再次进行注浆封堵, 若无则通过检查孔破除箱体内的回填砂浆直至盾壳处, 观察盾尾与结构内衬墙的相对位置, 确定无误后再次进行盾构的顶推, 使盾构脱离洞圈 1.5m 位置停机。(6) 盾构到位后, 立即破除明洞箱体及内部的回填砂浆, 破除采用机械破除, 明洞结构和车站主体结构搭接部位采用人工破除, 并清理结构表面。破除时先暴露出洞门钢圈, 随即用弧形钢板进行焊接, 完成整个洞门的封
13、堵, 而后对洞门进行二次补浆。破除结束后进行盾构机的吊拆。3 风险应对措施盾构机明洞箱体接收时存在的风险主要是破除作业过程中可能出现涌水、涌砂, 涉及到洞门破除及混凝土箱体破除 2 个作业工序。为了确保接收过程的安全可靠, 施工中采取了以下主要控制措施:(1) 做好地基加固处理, 确保土体强度及抗渗性能达到设计要求。洞门破除前开设水平探孔检测加固效果, 必要时进行水平注浆或地面袖阀管注浆补强加固。(2) 盾构接收前在端头井处布设一定数量的降水井, 特别是在富水砂层地质中降水可以促使土体固结, 提高土体强度, 改善施工条件, 同时接收过程中可作应急使用。(3) 洞门破除作业过程采用逐层破除、及时
14、回灌的方法可以规避一定的安全风险。(4) 盾构机盾尾进入加固区后, 利用径向注浆孔向盾体外四周压注聚氨酯形成止水环箍, 防止盾构后方的水涌向刀盘前方。(5) 盾构接收段的最后 10 环管片选用加强配筋的增开注浆孔管片, 利于后期注浆达到良好的封闭效果。(6) 最后 1 环管片外侧端面背负钢板, 便于封堵洞门时焊接弧形钢板。(7) 近洞口处最后 10 环管片用 14 号槽钢设置拉紧联系条, 每环 6 只, 以防盾尾在脱出管片时管片环与环间隙被拉大, 造成漏水、漏沙。拉紧联系条在后浇环梁施工完成后拆除。(8) 隧道内及接收端头储备足量、齐全的应急物资, 接收前做好应急演练工作。4 结语随着各大城市
15、地铁工程的大规模建设, 盾构法的使用愈发广泛, 而接收环节是盾构施工的最大风险源之一, 特别是在盾构接收周边环境复杂及特殊的区域, 必须予以重视。本工程盾构明洞结构接收过程进展顺利, 未对周边环境造成影响, 大大降低了盾构接收过程中的风险性, 该工法的成功运用与研究为今后类似工程提供了更多的科学依据和借鉴。参考文献1肖衡, 胡蓉, 梁新权, 蒋凌翔, 杨世鹏.富水砂卵石地层土压平衡盾构钢套筒接收应用实例J.隧道建设, 2017, 37 (1) :93-96. 2王雷.盾构施工明洞接收技术J.天津建设科技, 2016, 26 (3) :32-35. 3李海, 朱长松.天津地铁 6 号线西青道站-南运河站区间盾构到达接收措施失效处理实例J.隧道建设, 2016, 36 (12) :1512-1516. 4朱英伟, 李立志, 马晓峰, 刘江浩.地铁盾构钢套筒接收技术J.现代城市轨道交通, 2015 (4) :28-30. 5任新伟, 熊详斌.钢套筒盾构接收风险分析及应对措施J.江苏建筑, 2013 (3) :57-58.
