富水砂卵石地层盾构管廊“先盾后井”技术研究与应用

刘宝山

中建股份有限公司东北区域总部 辽宁沈阳 110000

1 工程概况

沈阳市地下综合管廊（南运河段）项目某一节点井，基坑尺寸为22.4×22.4m，深18.5m，属深基坑，此处交通拥堵、管线复杂，周边建筑离基坑较近，北侧临近的8层建筑离基坑仅有10m。因管线迁改、交通导行等困难，无法满足盾构到达前完成节点井主体结构，拟采用先盾后井施工方法。

2 施工重难点

①需要解决盾构顺利穿越围护结构前提下，围护结构又能有足够强度、刚度来满足后期基坑开挖施工的安全需要；

②需要解决盾构穿越后形成吊脚桩后内支撑体系的设计，既要满足吊脚桩安全，又要方便施工；

③需要解决先盾后井留在井内管片的安全快速拆除问题。

3 解决措施及技术创新

3.1 围护桩施工

由于基坑最下面一道支撑距离基坑底部距离较常规基坑支撑布置的距离较远，围护桩侧向压力较大，故将“先井后盾”时直径800mm间距1000mm围护桩桩径加大到直径1200mm，间距1600mm，确保基坑开挖安全。

在节点井洞门开洞处采用玻璃纤维筋混凝土替代传统的钢筋混凝土桩体，实现盾构机更容易地对围护桩桩体进行切削。

图1 玻璃纤维筋位置

图2 玻璃纤维筋施工

玻璃纤维筋直径宜大于原设计普通钢筋一级,搭接长度≥40d。玻璃纤维筋与普通钢筋搭接采用与筋材直径相适应的钢制U形卡固定。搭接处同一断面应错开50%，且接头间距不小于1.8m。围护桩普通钢筋笼与玻璃纤维筋笼分段吊装，在孔口连接，保证连接质量。围护桩钢筋笼上预埋盾构过站后下层钢筋砼围檩所需锚筋。

3.2 端头加固

“先盾后井”工法区别于“先井后盾”技术，不需要在节点井与盾构隧道交界处做过大范围旋喷加固，节约了盾构刀盘切屑旋喷加固部分而影响盾构推进的速度的时间。

端头旋喷加固范围为洞身上下左右各3m，加固长度由原始发端8m、接收端6m，缩减为始发端与接收端均是3排旋喷桩。

端头加固采取Φ550双重管高压旋喷桩进行土体加固，形式为Φ550@400mm，相邻桩间咬合为150mm。旋喷桩无侧限抗压强度不小于1.0MPa。

3.3 盾构截桩通过

围护桩与端头加固施做完成，强度达标后，盾构机方可穿越节点井范围，盾构机到达端头旋喷加固范围时，应放慢推进速度，防止对围护桩冲击过大，损坏围护结构。拼装围护桩轴线上的管片时，适当加大同步注浆量，将盾构机与管片外间隙填充密实，避免基坑挖土时，该部位缝隙土掉落，基坑失稳。“先盾后井”工法施工难点在于盾构管片的拆除，为方便拆除管片，节点井范围内需拆除的管片采用通缝拼接方式。

图3 盾构通过BIM模型展示

图4 管片纵缝拼装

3.4 内支撑体系

通过加大围护桩桩径，采用“混凝土支撑+钢支撑“体系。加强围护桩配筋及桩径，增加桩体强度，保证基坑开挖过程中的稳定性。非盾构隧道范围：为防止盾构切断的吊脚桩踢脚变形，首道和盾构管片上部一道采用砼支撑，中间采用钢支撑。盾构隧道范围：由于桩体强度增加，支撑布置间距可增大，内支撑可避开盾构隧道范围。

3.5 隧道内加固

吊脚桩摩擦力降低，自重压迫至管片上产生竖向压力，直接导致洞口环管片受力状态改变，可采用管片内支撑的方法抵消此部分力即可。因此提前在隧道内，吊脚桩下的一环管片设置“米”字撑：①提前测量在隧道内管片上定位出吊脚桩的桩中心点，并做好标记；②采用Φ108的钢管运输至标记位置，进行安装；③钢管柱一头为钢板封口，另一头安装机械千斤顶，安装时，用千斤顶进行加力顶紧；④钢管按如图“米”字布置，钢管中心及端部采用钢筋连接，保证支撑形成整体。

图5 提前进行“米”字撑施工

3.6 基坑开挖

在基坑开挖前将盾构区间与节点井接口处两环管片的连接螺栓拆除，最大程度的避免由于拆除的管片变形引起成型盾构管片位移，需对两侧管片进行纵向拉紧加固和内部环向加固处理。

降水方式采用逐层降水、逐层开挖，保证降水的连续性，降水水位保证在开挖面下1m左右，避免因降水太深导致土体产生较大的附加应力引起管片沉降超限。

由于“先盾后井”基坑开挖时，端头洞门处围护桩已被截断，处于“吊脚桩”状态，此时围护结构十分不稳定，应放缓挖土速度，密切监控基坑边水平位移和沉降。

3.7 管片破除

在盾构区间未完成之前，基坑土方开挖不能拆除及损坏节点井内的盾构管片，挖掘机挖土至管片位置时，应放慢挖土速度，避免对管片产生过大冲击，必要时可采用人工挖土。

由于后续基坑开挖会对盾构隧道产生显著影响，影响区域主要集中在靠近基坑外侧10环管片范围内，拆除管片会改变已成型的盾构隧道的受力状态，节点井两端管片因井内管片拆除而出现临空面，节点井两端管片会产生向井内方向收缩的趋势，因此需对靠近基坑两侧的10环管片进行纵向拉紧加固和内部环向加固处理。

在基坑开挖及管片拆除施工过程中需加强监控和量测，严格记录盾构区间在工艺井各个开挖阶段产生的位移和变形，监测数据即时反馈，做到动态施工，若有情况能及时有效的采取应急措施。

管片拆除为了保证管片内外部土压平衡，又能兼顾考虑人与机械的安全同行，施工方法步骤如下：

图6 管片拆除的施工方法

①机械开挖至管片上方，露出管片；

②在管片上破除400*400的孔，间距6m；

③将土方从孔洞灌入隧道内；

④拆除管片两侧B块，并随之清理土方至下一道拆除标高；

⑤如此以便拆除管片、一边开挖土方直至拆除完成。

此种作业方法大大减少了管片拆除的风险，也方便了人与机械的通行，是相对稳妥的管片拆除方法。

3.8 主体结构施工

节点井内管片拆除完毕，基坑开挖到底后，开始施做节点井主体结构。

施工区间洞门处结构时，严格控制洞门处结构防水质量，避免后期出现漏水现象。

4 监测

基于先盾构后井施工方式的特点及工程现场实际情况，为实现高频率数据采集，引进岩土工程云监测物联网系统用于节点井关键结构实时监测，该系统能够及时给现场提供准确的监测数据用于指导施工，为施工安全提供保障。施工期间监测数据正常可控。

5 结语

通过对先盾后井施工中遇到的实际问题而展开研究，形成了一整套相对完备的关键技术，主要得出以下几点结论：

①解决盾构施工速度快，节点井不满足在盾构机到达前完成主体结构施工的问题；取消盾构接收与始发的过程，提高盾构掘进效率，避免盾构进出洞的风险；

②节点井端头加固范围减少，节约了由于盾构刀盘切屑旋喷加固部分降低盾构推进速度的时间，降低旋喷加固费用；

③避免其他因素影响盾构施工进度，保证盾构施工工期，工程综合效益好。