粉砂地层盾构进洞施工技术

姜禹成

【摘要】盾构进洞是地铁施工领域中较大难点，在很大程度上地质条件决定了其施工风险的大小，粉砂地层常伴有承压水或微承压水，在粉砂地层中盾构进洞更增大了施工中难度系数，稍有不慎将给施工带来不可估量的危害。本文分析粉砂地层盾构进洞施工易发生的问题，结合苏州地铁四号线元和停车场出场线粉砂层盾构进洞工程实例对这一施工难点提出一些控制要点和一系列针对性措施。

【关键词】盾构进洞；粉砂层；技术措施

1.工程概况

本工程“元和停车场出入场线”区间隧道工程是苏州市地铁四号线工程的一个组成部分。区间全长约1891.849m。线路平面最小曲线半径350m，最大曲线半径5000m。线路纵断面程“V”字型，最小坡度3.5‰，最大坡度22.2‰；隧道覆土最小约4.8m，最大约为16.1m。

本区间隧道盾构推进采用一台日本小松公司产的外径为6340mm，长度为7655mm的土压平衡式盾构掘进机，隧道出场线从元和停车场盾构工作井始发，向南延伸以R=350曲线转向西，然后以直线下穿黄埭塘，接着下穿苏虞张公路，再以直线接至苏虞张公路站。盾构采取站内调头，入场线从苏虞张公路站东端头井始发，向东延伸再次穿越苏虞张公路，最后左转到达元和停车场盾构工作井。

2.工程地质与水文

苏虞张路站东端头井盾构到达施工地层由上到下依次分布如下：

③3粉土：标贯击数平均值N=16.0，层厚1.00～4.60m，层顶标高-8.91～-4.40m。

④2粉砂或粉土：标贯击数平均值N=16.6，层厚0.90～9.00m，层顶标高-10.55～-6.24m，。

⑤1粉质粘土：层厚1.50～18.80m，层顶标高-18.89～-7.33m。

苏虞张路站东端头井洞口起100m隧道上部为③3粉土层，中部为④2粉砂或粉土层，下部为⑤1粉质粘土层。其中③3、④3粉土、④2粉土或粉砂层含有微承压水，根据实测结果微承压水水头标高在-0.20～1.90m。盾构施工掌子面④2粉砂或粉土层及其所含的微承压水对本次盾构到达施工影响较大。

3.盾构进洞的难点

（1）、微承压水易使进洞时洞口涌水涌砂

（2）、砂层加固效果不好容易导致盾构进洞土体塌方

4.准备工作中的主要措施

4.1洞门加固及降水

苏虞张路站东端头井加固由于受东侧绿化迁改与上部高压线影响并考虑到端头北侧高压铁塔安全采取如下加固方案：先施工外侧3排三重管旋喷桩，再在其内部施作双轴搅拌桩以减轻对铁塔的影响，待主体结构施工完毕再进行“夹心饼干”三重管旋喷桩施工。双轴搅拌桩桩径为700mm，搅拌桩幅间中心间距为500mm，共198幅。三重管旋喷桩桩径600mm，樁心距400mm，共215根。加固长度沿掘进方向为7600mm，隧道上下左右各3000mm。根据现场情况和盾构接收要求，共布设8口降水井（坡顶3口井深22m，坡底5口井深16m至洞门钢圈底部4m进入粘土层）和3个水位观察孔。保证在盾构进洞期间观测孔水位降至洞门钢圈底部1m一下。

4.2接收托架的摆放

⑴接收托架水平方向按设计轴线位置摆放，垂直方向托架中心略低设计轴线，使盾构机顺利爬上接收托架。接收托架必须保证有足够的整体刚度及强度，并在接收井内固定牢固。

⑵盾构贯通前的测量是复核盾构所处的方位、确认盾构姿态、评估盾构进洞时的姿态和拟定盾构进洞段的施工轴线、推进坡度的控制值和施工方案等的重要依据，以使盾构在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，准确就位在盾构接收基座上。

⑶在进洞前50环，应精确做好轴线贯通测量工作，以后根据盾构推进的轴线偏差情况，每推10～20m，复核一次。最后30环的推进，盾构轴线与设计轴线的偏差，应尽可能控制在20mm内，使盾构以最佳姿态进洞。

4.3洞门止水装置的安装

由于洞门钢圈直径（6700mm）与盾构外径（6340mm）存有一定的间隙，为了防止盾构到达期间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装由帘布橡胶板、圆环板、翻板等组成的洞口防水密封装置。

5 盾构进洞的主要技术控制措施

5.1进洞段的掘进

盾构机进入进洞段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻注意土仓压力值，防止过压或欠压而造成前方土体的隆沉。贯通前5～6环时盾构机刀盘已进入加固区中央，此时开盾构机仿形刀，应进一步降低盾构推力，推力维持在400t～600t。盾构掘进的同时，要密切注意维持土仓内的压力，一般情况下，根据加固区取芯试样观察，若加固效果良好可无土压掘进；若加固质量不好则适当建立土仓压力，但不能超过0.1MPa。

5.2 施作环箍

由于加固区加固长度沿掘进方向只有7600mm，而盾构机长度为7655mm。为防止洞门破除以后盾构机露出刀盘时洞门发生涌水涌砂现象，在盾构机刀盘顶上洞门之前不凿出洞门通过管片吊装孔进行双液浆环箍施工，直至环箍施工做完且效果良好时再进行洞门凿除。

5.3洞门凿除

洞门凿除前必须对凿除队伍进行严格的施工交底并在凿除过程中派专人值班，防止涌水涌砂和突发状况。洞门凿除时顺序应从上到下，先剥离外层混凝土，割除外排钢筋后再进行洞门混凝土凿除，最后割除内排钢筋。

5.4二次进洞

洞门凿除完毕露出盾构机刀盘后迅速清理洞门垃圾，准备盾构机推进及管片安装直至盾构机乌机壳距离洞门钢圈外边缘300mm，通过手动葫芦拉近钢丝绳使橡胶帘布板与盾构机外壳紧密接触，此时通过已安装管片吊装孔及盾构机同步注浆系统再次施作双液浆环箍。

5.5 盾构进洞

当二次进洞环箍做好且效果良好以后，盾构继续推进，此时还需要拼装3环管片才能完成区间隧道的管片拼装。由于刀盘已露洞圈，盾构机前方没有了土体所给盾构机的反作用力，管片拼装时将造成管片与管片之间的环缝连接不紧密，容易漏水。为防止上述情况发生，采用葫芦加法兰盘或管片螺丝复紧等方法使管片之间的环缝紧密连接。

待盾尾离开到达环后，利用盾构机下部千斤顶推进移动盾构机给焊工创造封堵洞门的工作环境。由于本次盾构到达环管片超出洞门钢圈120mm，采用外封发封堵。用10 厚的弧形钢板一段迅速与洞门钢圈进行焊接，另一端紧切混凝土管片外边缘。弧形钢板之间及弧形钢板与洞门钢圈间采用满焊的焊接方式，弧形钢板与混凝土外边缘的缝隙用双快水泥进行封堵。底部和顶部的弧形钢板上加100mm的球阀。

6结语

（1）粉砂地层并含有微承压水条件下，端头井地基加固及降水是确保盾构安全到达的必要条件。

（2）二次进洞在粉砂层并含有微承压水情况下能有效的确保盾构安全到达。