复杂工况下的盾构机接收技术研究

2018-09-04彭显晓张海波

天津建设科技 2018年4期

□文/彭显晓张海波

随着城市规模的扩大，所面临的交通压力也日益增大，地铁因载客量大，对地面影响小，而被各大城市广泛采用。盾构机在城市地铁隧道施工中扮演着重要角色，盾构机的接收和始发充满了各种风险，尤其在富水的软土地层中。本文以天津地铁某区间为例，对复杂工况下的盾构机接收技术进行了阐述和研究。

1 工程概况

天津地铁某区间盾构接收端车站位于城市快速路边，地下2层站。车站结构高度15.45 m，标准断面宽度37.1 m，盾构井段底板埋深19.72 m，顶板覆土2.57 m，左右线各预留11 m×7.5 m盾构吊装孔。见图1。

图1 盾构接收端主体结构

接收端围墙外为城市快速路且接收端加固区11 m的加固长度内存在一根φ1 400 mm雨水管和一根φ2 300 mm雨污合流管涵等，见图2。管线切改需占用城市快速路，为减少对快速路交通的影响，该盾构机接收采用了垂直加固+钢护筒相结合的方式。

2 工程地质和水文情况

该区间隧道盾构到达段50 m地层由上至下为①2杂填土、④1粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥4粉质粘土、⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土、⑧2粉土、⑧21粉砂、⑨1粉质粘土。隧道断面内主要土层为⑥4粉质粘土、⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土、⑧2粉土。接收段下卧层主要为⑧2粉土、⑧21粉砂层、⑨1粉质粘土，处于第一层承压水层中。其中：①2杂填土为杂色，松散、稍湿，含沥青、碎砖块、砂、石子等，分布不均匀，填土年限＞10a；⑧2粉土层为弱透水层，渗透系数为0.05m/d；⑧21粉砂层为强透水层，渗透系数为10m/d层，粉砂层厚度为5～8m。见表1。

图2 接收端加固区管线

表1 接收端地层分布及物理力学性质

表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，勘察期间场地范围内水位1.00～2.50 m，水位变幅1.0～2.0 m/a；盾构下卧层为第一层承压水含水层。①2杂填土、④1粉质粘土、⑥1粉质粘土、⑥4粉质粘土为潜水层；⑦粉质粘土、⑧1粉质粘土属于不透水至微透水层，可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层；⑧2粉土、⑧21粉砂为第一层承压水含水层。

3 盾构接收措施与建议

3.1 接收端加固

受管线影响，接收端加固区长度仅能做到4.4 m，采用三轴搅拌桩（φ850 mm@600 mm）+三重管双高压旋喷桩（双排φ600 mm@400 mm），加固范围为盾构开挖面上下左右各3 m，见图3。

图3 接收端土体加固

采用42.5级的普通硅酸盐水泥，为改善水泥浆液性能，可加入适量的外加剂和掺合料。三轴搅拌桩采用套打法（跳一打一、套打一孔），排与排之间咬合250 mm。水泥搅拌桩水泥掺量≮20%（质量比），每根桩水泥用量为570 kg/m，浆液水灰比1.5∶1。高压旋喷桩采用φ600 mm桩径，桩间搭接200 mm，水灰比1∶1，每根桩水泥用量550 kg/m，水泥掺量40%（质量比）。

3.2 洞门探孔

在洞门前搭设脚手架平台，在平台上进行洞门探孔施工。在洞门中心及周边呈米字形布置9个探孔，孔径50 mm、深2.0 m（以打穿高压旋喷桩至第一排三轴搅拌桩为宜）。通过检查探孔内漏水及涌砂情况，测定土体加固效果。探孔施工时，配备至少9个孔口装置，当钻孔涌水涌砂时，及时关闭孔口装置。见图4。

图4 洞门探孔

3.3 接收端补强加固

接收端盾构下卧层为渗透系数较大的粉土、粉砂层，三轴搅拌桩加固深度在20.7 m左右，为加强破除洞门及盾构接收的安全性，应根据洞门破除前水平探孔效果有选择性的进行水平注浆加固。由于加固体与地下连续墙之间易形成疏松体或水流通道，造成地下水土流失，因而应对洞门周边加固体“死角”进行补强加固。在地下连续墙与结构侧墙接缝位置，沿垂直于洞门45°角方向钻孔注浆，孔位均匀分布，最低不少于12个钻孔。见图5。

图5 接收端土体补强加固

3.4 加设应急降水井

为应对盾构到达接收时突发险情，在盾构到达或破除洞门前施工备用降水井。在左右线加固土体外3 m，隧道掘进方向2 m处布置降水井，隧道两侧各布置1口，隧道中间布置2口，共4口降水井（J1～J4），见图6。应急降水井的主要作用是减压，在洞门破除或接收过程中发生涌水涌砂时，按照有关程序开启降水井进行减压，给应急抢险创造条件。盾构到达段隧道下卧层为⑧2粉土、⑧21粉砂，土层厚度约8.2 m，处于第一层承压水含水层中，水土压力较大，水头标高约为－4.55 m，其下⑨1粉质粘土透水性较差可视为隔水层。结合端头土体加固深度，加固体已进入第一层承压水含水层中，应急降水井深度设置为加固区以下3 m（未穿透⑧21粉砂层），井深24.2 m，发生险情时可启动应急降水井降低第一承压水含水层的水土压力。见图7。

图6 接收端应急降水井平面布置

图7 接收端应急降水井剖面

3.5 安装钢套筒

钢套筒采用Q235A钢板加工制作，由标准节筒体、过渡连接环、后端盖、底座、反力架及防侧移装置组成。钢套筒主体部分长11.33 m、内径6.8 m，分为0.5 m过渡连接环1块、2.56 m标准节4块、0.59 m后端盖1块。过渡连接环与洞门预埋钢环采用焊接钢板连接，筒体之间采用M30高强螺栓连接，节与节、块与块之间安装橡胶止水条密封。反力架采用30 mm厚钢板加工而成，斜撑为φ530 mm、壁厚10 mm的钢管，防侧移体系为20b工字钢。反力架、防侧移装置与结构底板的节点采用植筋并塞孔焊接钢板，植筋长度满足设计及规范要求。见图8和图9。