中铁隧道股份有限公司 河南郑州 450000
摘要：在复杂地质条件下，盾构接收一直是盾构施工的重大风险之一。本文结合武汉地铁7号线湖北大学站～徐家棚站盾构区间,在深埋33m的承压水粉细砂层中进行盾构接收时所采取的一系列针对性措施。有效避免了接收过程中出现涌水、涌砂、地面坍塌等风险，顺利完成盾构接收，为类似地层盾构接收提供了一定的参考价值和指导意义。
关键词：盾构接收；超深基坑；富水砂层；钢套筒
Shield receiving technology in soft sand layer with deep buried rich water
ZHANG Cunbo
China railway tunnel stock co.,ltd. Zhengzhou, Henan 450000
Abstract：Under complicated geological conditions ，Shield receiving is always one of the major risks of shield construction.This article combines Wuhan Metro Line 7 Hubei University station.~ Shield interval of xujiapeng station.A series of pertinent measures are taken when shield tunneling is carried out in the confined water powder sand layer with a depth of 33m.It effectively avoids the risk of water gushing, sand gushing and ground collapse in the receiving process.Successful completion of shield reception。It provides certain reference value and guiding significance for shield tunneling reception in similar strata.
Keyword：Shield receiving ,superdeep excavation, Water rich sand layer, Steel Sleeve.
引言
采用传统端头加固盾构接收工法虽然成功的例子很多，但是施工过程中由于受埋深、地层以及周边环境等影响，端头加固体可能存在死角或冷缝且不易检测，可能导致盾构接收失败甚至酿成重大事故。本文结合武汉地铁7号线湖北大学站～徐家棚站盾构区间在深埋富水粉细砂层中使用钢套筒密闭接收工法，采用盾构机直接切削地连墙安全出洞，为类似深埋富水地层盾构安全接收提供了借鉴与参考。
1 工程概况
武汉地铁7号线湖北大学站～徐家棚站区间左线长度为1312.890m，右线长度为1293.293m，采用2台φ6480mm泥水平衡盾构施工，隧道结构为拼装式单层管片衬砌，管片外径6.2m，内径5.5m，环宽1.5m/1.2m。盾构在湖北大学站始发后线路沿友谊大道向前铺设，至湖北大学北门后向南侧倾斜侧穿湖大材料学院，在农业银行、理工大学友谊小区处以340m半径下穿三角集团H8地块、秦园居小区后，进入秦园路并沿秦园路到达徐家棚站结束，区间线路如图1所示。
在素地连墙施工完成并且强度达到设计要求后再进行素墙内旋喷加固，旋喷加固面积为整个素墙范围内，加固深度为隧道底以下3m到隧道顶以上3m，旋喷桩成孔深度达36m。
4 盾构接收方案
由于该区间接收端埋深较大并处于富水砂层中，地面环境复杂，属于一级风险源；另外由于距离长江较近且地下水位较高，在盾构接收时为了确保洞门破除和接收万无一失，端头采用“U”型素墙封闭止水,连续墙内采用搅拌桩满堂加固，在原围护结构边设计旋喷桩止水，加固体内采用群井降水，同时为规避盾构洞门破除以及接收过程可能出现的涌水涌砂等风险，车站内采用延长钢套筒密闭接收工艺，盾构直接切削连续墙出洞的方法以保证接收安全，详见图6《湖北大学站～徐家棚站区间盾构接收流程图》。
4.1总体施工方案
盾构接收端头井施工完成后，在左右线接收端底板安装钢套筒并与车站预埋洞门钢环连接，安装完成后进行注水试压确保钢套筒的密闭性。盾构在到达接收端加固体前，完成端头加固并将水位降至设计深度，然后对左、右线洞门破除，破除厚度1200mm，剩余300mm及内侧钢筋不进行破除，以保证接收前洞门范围内土体的稳定性，后期盾构直接切削出洞，破除完成后开始对接头型钢进行处理，首先凿除洞门范围内工字钢，凿除完成后立即进行钢套筒内回填，回填采用低标号砂浆，强度为1～2Mpa，具备一定自稳性即可。回填完成后盾构向前掘进，依次穿过“U”型素地连墙、搅拌桩加固区、围护结构地连墙后进入钢套筒完成接收。
4.1.1钢套筒安装
钢套筒筒体部分长11.5m，直径（内径）6800mm，共分六段，其中2.5m长共4段，1m长1段，0.4～0.62m过渡环1段，每段又分为上下两个半圆。筒体材料用30mm厚的Q345A钢板。钢套筒各分块之间采用8.8级M30螺栓连接，接缝间增设3mm厚橡胶垫对分块接缝进行密封。在第1段、2段、4段套筒顶部设置600*600mm进料口，在套筒后盖端部设置2个φ250mm的排料泄压口。
钢套筒安装完成后采用斜撑对钢套筒进行整体固定，并对固定及安装效果进行检测，检测内容为连接螺栓的紧固检查、焊缝质量（超声波探伤）检测及钢套筒几何尺寸以及定位检查。检查并确认无误后，通过顶部预留进料口向钢套筒内灌水加压，灌满水后将钢套筒进行密闭，采用空压机进行打压，检验压力为不小于2bar，以钢套筒不出现变形、渗漏、脱焊等情况为准。
4.1.2洞门尾刷
因该区间接收端隧底埋深达33m，在盾构穿越素墙后，地下水可能通过素墙与管片之间的间隙涌入盾构前方，存在降水井无法将水降至安全区域的风险，为了确保盾构出洞安全，在洞门1.2m宽的内衬墙上焊接一道尾刷，如出现险情时能够有效阻挡砂土流失，详见图7《洞门尾刷设置示意图》。
4.1.3洞门水平注浆
因该端头旋喷加固深度达36m，对端头加固质量要求极高；根据现场抽芯取样看，加固效果不是很理想，对后期洞门内型钢凿除存在较大风险，可能存在后方土体垮塌的风险；为了确保型钢能够顺利凿除切割掉，采用水平注浆的方式对型钢部位进行双液注浆加固。
加固顺序为：在洞门范围内连续墙接头型钢两侧以梅花型布置注浆孔，注浆孔间距为1m。
注浆加固方法：采用前进式分段注浆；首先采用水钻进行开孔，开孔后将带有球阀以及固定板的管子固定于地连墙上，然后利用直径32mm钻机在球阀内进行钻孔，钻孔深度为地连墙外侧500mm，钻孔完成后进行注浆，注浆采用水泥-水玻璃双液浆；注浆压力根据注浆位置的埋深确定，在隧道中线以下为3.5bar，隧道中线以上压力控制在2.5bar。注浆过程需在降水前完成，防止浆液扩散堵塞降水井。
二次注浆钻孔深度为地连墙外侧1000mm，仍采用水泥-水玻璃双液注浆，详见图8《型钢部位注浆孔布置示意图》。
1.7二次注浆
（1）第一次注浆
当盾构机刀盘抵拢端头围护结构地连墙时，首先对盾尾后2环管片全环注入聚氨酯止水，防止二次注浆时将盾壳抱死，然后再对盾尾后十环管片进行二次注浆以封堵后部来水，注浆时应钻孔至管片背后30cm，确保止水效果防止渗水通道的产生，注浆压力控制在0.4Mpa以内，二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆。浆液初凝时间控制在60s以内，防止注浆时浆液扩散堵塞降水井，并在进行双液注浆时暂停降水作业。
（2）第二次注浆
盾构机进入钢套筒并到达指定位置后，再次对盾尾后方20环管片进行全环二次双液注浆，注浆完成后打开注浆孔对注浆效果进行检查，检查深度为管片外弧面30cm，是否出现渗漏水现象，同时观察泥水仓内液位变化情况并做好记录，如液位在降压后未变化说明盾尾后方无水源通道；否则再次实施补充注浆，直到检查无渗漏水为止。
盾尾后方水源全部封堵完成后，通过清水循环将仓内剩余渣土及泥浆进行清理，同时将仓内压力降至常压，然后将钢套筒后端盖部位的2个φ250mm闸阀打开对仓内再次泄压；泄压全部完成后常压进仓查看仓内情况，然后再进行钢套筒的拆解、盾构拆机工作。
4.1.8监控量测
盾构机在出洞前对周边建筑物及管线进行监测点布置，并采集初始值，在最后50m掘进时每天对周边沉降情况进行监测。
为了确保到达出洞安全，盾构出洞前在钢套筒最前端（即洞门钢环部位）、中部及后端盖位置左右侧各安装一套百分表，钢套筒部位共计6套，在反力架位置安装4套，在盾构出洞过程中实时观察钢套筒及反力架的变形位移情况，当位移变形超过2mm时必须进行全面加固，加固完成后方可恢复掘进，本次盾构接收钢套筒位移变形均控制在1mm以内。
5 结论与建议
本次接收通过采取的一系列有针对性的措施后，顺利完成了深埋富水软弱砂层中盾构的接收工作；在盾构直接切削剩余300mm厚地连墙过程中掘进速度在3～5 mm/min时，推力显示为1000～1500T，扭矩在1500KN.m以内，各掘进参数均在预想范围内，且未出现扭矩增大现象。盾构在拆机过程中检查仓内未发现钢筋缠绕现象，可判断为因推力小盾构滚刀将钢筋局部切断后在刀盘作用下将钢筋推弯成90度，沿掘进方向挤压至管片背后；通过现场实际掘进操作，在该工况条件下盾构直接切削钢筋混凝土出洞能够满足要求，各项掘进参数、盾构姿态均可控。
在接收段环境复杂的情况下，可提前考虑将洞门范围内的围护结构迎土层钢筋设置玻璃纤维筋，背土侧可按照正常设计要求布置钢筋，同时在洞门范围内尽量避免设置型钢接头，以减小后期洞门破除的风险。
由于本标段是后期进场施工接收端素地连墙及墙内加固，在素墙施工时接收端车站围护结构地连墙已施工完毕，且未预留与素墙连接的“T”型接头，在素墙施工时发现接收端车站围护结构存在大面积鼓包，造成后期素墙成槽过程中异常困难，成槽质量无法保证，接缝部位存在较大渗漏水，导致素墙内布置大量降水井进行降水；在以后施工过程中建议预留不小于2m的“T”型接头，为后期施工提供质量保障。
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作者简介
张存博，男，1979年生，2012年毕业于河南城建学院土木工程专业，本科，工程师，从事市政工程施工技术管理工作。
论文作者:张存博
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/19
标签：盾构论文; 套筒论文; 注浆论文; 管片论文; 隧道论文; 范围内论文; 型钢论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;