盾构施工明洞接收技术

2016-10-20王雷

天津建设科技 2016年3期

□文/王雷

盾构施工明洞接收技术

□文/王雷

盾构接收是盾构法施工的重点和难点之一，特别是当工作井周边存在不良地质或富水地层时，容易出现涌水、涌砂等险情，引起地面局部塌陷，严重的会影响地面交通及居民正常生活。文章通过对天津某盾构区间采用水平冻结加固结合混凝土箱接收施工工艺进行研究和分析，辨识该工艺存在的主要风险点并给出应对措施。

盾构；明洞接收；地铁

盾构到达接收的施工工法很多，常用的有旋喷桩（搅拌桩）加固、钢板桩置换法、冻结法加固、化学注浆加固法等。这些传统盾构始发、接收工法成功的例子很多，但是施工过程中由于加固效果不理想，导致接收失败的例子也屡见不鲜。逯建栋［1］采用了一种新生钢套筒辅助装置进行接收，但钢套筒辅助装置组装时间长，精度要求高，另外对钢套筒加固的稳定性要求也极高，在出洞时如压力控制不当，还有可能出现撑坏钢套筒的风险。黄威然等［2］研究了针对大尺寸盾构井的特点，结合盾构始发对反力系统的刚性要求采用钢筋混凝土箱体辅助进行盾构始发。

针对上述钢套筒接收存在的缺点及风险，本文介绍天津某地铁盾构区间采用的站内水平加固结合站内明洞接收方法。该盾构区间到达端地面为下沉隧道，是市主要快速干道，无法进行地面加固，地下隧道范围内为富水承压软弱地层。钢筋混凝土明洞先在接收井内完成施工与结构墙连接一体，在盾构到达前明洞内回填填充物盾构进入明洞内接收；明洞与钢套筒接收工艺相比具有更高的安全性、牢固性和密闭性，同时避免了钢套筒组装加固焊接量大、容易变形、组装精度高、密封性差、也省去了反力支撑体系的安装及撑坏钢套筒风险的优点；与文献［2］不同的是该明洞为接收箱体不需要反力支撑，明洞内材料的回填密实性也能够得到有效保障。

1　工程概况

天津某地铁区间隧道起于西青道高架桥头，止于芥园道，里程为DK16+879.92～DK18+062.0，左线长1 152 m、右线长1 173 m。区间隧道覆土厚度11～22 m，盾构区间为圆形隧道，管片设计净空φ5 500 mm，管片厚度350 mm，环宽1.2 m。

区间左右线均从人民医院站始发，掘进到西青道站后拆机吊出，其中西青道站盾构接收井因不具备地面加固条件，采用站内水平冷冻加固。

该区间接收端（西青道站）地面为市快速主干道，车流量大，隧道范围内存在富水承压地层，如施工接收不当将造成不可估量的经济损失和社会影响，见图1和图2。

图1　接收区域

图2　西青道站现状

2　地质情况

3　施工方法

由于该区间接收端位于西青道下沉隧道结构下方，地面环境复杂，沉降要求较高；另外盾构接收端隧道范围内存在承压含水层，在盾构接收时为了确保洞门破除和接收万无一失，在站内通过水平注浆［3～4］与水平冻结［5～6］相结合的加固方式，再在车站内施工钢筋混凝土明洞结构并向明洞内回填砂浆，盾构在明洞内接收进一步加强盾构接收的安全性，施工流程见图3。

图3　施工工艺流程

4.1端头加固

4.1.1水平注浆加固

1）加固范围。盾构接收端头采用全断面分层注浆，纵向加固长度为地下连续墙外11 m，径向加固范围隧道开挖轮廓线以外4 m，全断面分层注浆加固见图4-图5。

图4　注浆孔布置区域

图5　注浆纵断面区域

2）浆液配备。注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，单液浆质量比为1∶1，双液浆体积比为1∶1，注浆采取从上往下，间隔跳孔，先外圈，后内圈的顺序进行。

3）注浆效果检查及评定。注浆结束后，在注浆薄弱区域钻孔检查测定涌水量，检查孔数量按设计注浆孔数量的5%～10%考虑。检查孔每延米涌水量≯0.15 L/min或局部孔涌水量≯2 L/min时，涌水含砂量≯1%，水压≯0.1 MPa。

4.1.2水平冻结加固

水平冻结外圈加固长度9 m，内层强冷冻加固体厚度3.5 m，盾构机洞门圈外围冻结厚度1.25 m（即冻结直径为9.2 m）。水平冻结孔分三圈布置，合计59个冻结孔。其中最外圈冻结孔34个，孔距0.766 m，圈径7.8 m，入土深度为9 m；第二圈冻结孔16个，孔距1.021 m，圈径5.2 m，入土深度为3.5 m；第三圈冻结孔8个，孔距1.020 m，圈径2.6 m，入土深度为3.5 m；内圈圆心1个冻结孔入土深度为3.5 m，见图6-图7。

图6　冻结孔布置

图7　冻结区域平面

4.2明洞施工

为确保盾构出洞施工的安全和有效防止地下水渗漏，采取在盾构接收井内施作混凝土明洞的措施接收盾构。明洞内回填M2.5砂浆，盾构机推出洞门后继续切削砂浆，盾构机在砂浆内接收。

施作明洞接收盾构机主要作用是提供盾构接收缓冲区，明洞内回填砂浆后对洞门区域实施有效封堵，在洞门加固效果不好，导致涌水涌砂的情况下，可以通过明洞内的砂浆进行有效的封堵，防止水土流失，造成事故。

盾构出洞接收时为确保安全将盾尾留置在区间内；根据盾构机尺寸在盾构接收井内施作长7.5 m，宽9.25/11 m，高9.46 m，壁厚0.8 m的明洞结构。明洞结构钢筋与盾构井结构植筋［7］连接。

明洞结构分二次浇筑，首次浇筑侧墙及端墙并于端墙预留物料、人行通道；其后施作顶板，在明洞顶板预留1个回填砂浆灌注口；在洞门破除、冻结拔管完成后，回填砂浆前封闭预留门洞，通过顶板预留灌注孔向内回填砂浆。

施工过程中要确保明洞结构与车站结构之间的密封性和明洞结构的牢固性，施作完成后认真检查其密闭效果。

4.3洞门破除及探水

当土体冻结达到设计要求后即可进行洞门的破除，洞门破除从下到上依次破除，首先破除内衬砌范围内的混凝土，再破除围护结构地下连续墙。在洞门破除剩余0.3 m时，在洞门范围内按“米”字型打水平探孔，探孔深度为1.6 m（深入冻结土体0.6 m）进一步判断冻结情况，确定冻结效果已达到冻结设计要求后，方可将最后一层完全破除，最后一层破除时间在1 d以内，以防止冻土表面温度回升融化，影响其强度。

4.4冻结管拔除

洞门破除后开始进行拔管，根据拔除进度逐根停止洞门圈范围内的冻结管冻结，外部冻结管保持冻结，在盾构机顺利接收停止冻结后，将外圈冷冻管割至内衬墙外侧30 cm左右，采用快凝水泥封堵，最外面再用1 cm厚钢板将冷冻管封堵，钢板与冻结管之间须满焊，最后用快速水泥把洞圈和冻结管之间的空隙堵住。

4.5明洞回填

砂浆回填施工1次完成。回填采用地泵输送方式回填。冻结管拔除完成后立即将明洞内的材料设备清理干净，将端墙预留洞门密封完成后及时、迅速回填砂浆。

4.6盾构接收

在进入明洞前应将盾构姿态及参数调整为最佳状态，确保盾构顺利进入箱体。

盾构在进入加固区掘进时不宜停留，在机械发生故障时，应每隔5～10 min将刀盘转动3～5 min，以防刀盘被冻住；盾构在进入明洞时应逐渐将压力降至零，刀盘转速控制在0.7～0.9 r/min，推进速度控制在5～10 mm/min，确保明洞的安全。

盾构机盾尾进入加固区后立即对盾尾连续10环进行管片后注浆，在加固区与非加固区之间形成密封环，采用全断面注浆。

通过对公路施工技术及道路路面施工的质量控制措施，不断提高公路施工技术水平，加强道路施工质量控制，是我国公路工程能够高效、稳定、快速发展下去的必要条件。

盾构进入接收明洞距端墙800 mm左右时，在盾构机盾尾内部开孔进行密封注浆，填充盾尾壳体与洞门钢环间的结构间隙；开孔前先在盾构壳体上焊接球阀，然后用钻机从球阀内进行开孔作业，球阀安装位置为地下连续墙与车站结构墙接缝处。

注浆方式均采用单液浆与双液浆相结合的方式，以注浆压力控制为主，先注单液浆当达到一定压力后（0.4 MPa）改注双液浆，当注双液浆压力达到0.6 MPa后，停止注浆。

注浆完成以后，将盾尾后10环及盾尾上的注浆孔全部用电钻进行钻探，钻孔深度为管片背后20 cm；若有水流说明未将后方水源截断，应继续补充注浆，注浆完毕后再进行检查，直至检查无渗流后，将盾构中体与盾尾连接螺栓拆除，盾构继续掘进500 mm后从洞内将盾尾与洞门钢圈之间的混凝土清除干净，然后用弧形钢板将洞门钢圈与盾尾焊接封死，完成盾构接收，进行后续混凝土明洞破除及拆机工作。

4.7险情处理

在采用冻结法加固时，冻结管路在穿过明洞时应采用钢套管，钢套管中部加焊止水板；在拔出洞门圈范围内的冻结管后应立即在明洞内部利用钢板封堵冻结管，防水后方水从顶板处外流。根据天津地铁盾构区间左线在接收时未对穿过顶板的冻结管特别是穿过顶板的群管位置进行处理，在接收时发生了涌水情况。

4.7.1原因

1）地下连续墙与土体交界部位由于洞门范围内的冻结管拔出后回填砂浆，盾构掘进不连续，造成回填的砂浆水化热将冻结壁薄弱部位土体融化，使地下水涌入发生险情。

2）冻结管外侧包裹一层柔性保温材料，在穿过混凝土箱时没有进行特殊处理，特别是穿过混凝土箱顶板的群管部位，造成该部位存在缝隙，使水流通过该缝隙发生险情。

右线在掘进过程对冻结管路进行特殊处理后顺利完成了右线盾构的接收工作。

1）外圈孔处理。风镐凿除冷冻管周边与顶板周边接触5.0 cm范围，剥除顶板上表面保护层，清理干净残渣。剥除冷冻管外保护层，缝隙填充遇水膨胀密封膏，采用2块10 mm厚钢板开半圆孔，对接套住冷冻管，膨胀螺栓固定，快硬水泥封堵钢板与顶板接触的缝隙。明洞内冷冻管与顶板接触下表面处理同上表面的处理措施。

2）内圈管处理。提前准备好10mm厚，200mm×200 mm钢板。穿过明洞顶板的内圈冻结管每拔除一根后立即在洞内利用膨胀螺栓固定钢板封闭一根冷冻管口，然后再在板顶向孔内填充聚硫密封膏和水不漏材料进行封堵，填充密实后再在明洞顶板上利用钢板再进行封口。