地铁盾构始发洞门设置及加固处理综合措施研究

张红艳

摘要：地铁盾构始发井的端头加固是确保盾构顺利施工的关键一步。本文结合徐州城市轨道交通2号线的工程实例，探讨了端头加固土体承载检算方法，加固方法的选取，加固范围的确定，还介绍了土体加固的施工技术要点、洞门封堵技术及洞门凿除顺序等，对此类型的盾构始发井端头土体加固工程有供鉴作用。

Abstract： The end reinforcement of the subway shield starting well is a key step to ensure the smooth construction of the shield. Based on the engineering example of Xuzhou Urban Rail Transit Line 2， this paper discusses the method of checking the bearing capacity of the end-reinforced soil， the selection of the reinforcement method， the determination of the reinforcement range， and introduces the construction technical points of the soil reinforcement and the sealing technology of the tunnel door and the order of the door to be cut， which has a reference role for this type of shield originating well end soil reinforcement project.

关键词：地铁;盾构始发井;端头加固;检算;洞门封堵;凿洞门

Key words： subway;shield originating well;end reinforcement;check;hole door plugging;to make hole door

中图分类号：U455.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0115-03

0  引言

地铁盾构施工端头软弱土体的加固是盾构始发施工前的一个关键组成部分。盾构始发为盾构法施工最容易发生安全及质量事故的阶段，往往造成巨大经济损失及极大社会影响，而发生质量及安全事故的最主要原因来源于端头土体加固失败。因此，科学、合理选用端头土体加固方法，合理划定加固范围，精心组织土体加固施工，及采用合适的凿除洞门方法和顺序是确保盾构始发顺利、安全进行的重要环节。而如何对端头土体进行承载检算，从而采取技术可行，经济合理的土体加固方法，为工程施工人员共同面对的一个课题。

1  工程简介

徐州城市轨道交通2号线一期工程12标的市政府站为中间站，处于昆仑大道与汉风路交叉路口，其小里程端接大龙湖站，大里程端接汉源大道站。车站位于昆仑大道北侧且与其平行而设。采用地下两层岛式站台形式，标准段结构型式为单柱双跨钢筋混凝土箱型结构。车站有效站台中心里程处底板埋深约16.6m，净长204m，标准段净宽18.3m。车站采用明挖顺做法施工。两端区间均为盾构法区间，车站小里程端设盾构接收井，大里程端设盾构始发井。围护结构采用800mm厚地下连续墙+内支撑体系。

根据岩土工程勘察报告，市政府站地处冲积平原地貌类型中的冲积垅状高地：即位于黄河故道两侧，为废黄河高漫滩，常年堆积黄河流水所挟粉土、粘土而成，地表标高39.41～40.88m。兩处车站属废黄河高漫滩地貌类型，表层堆积黄河及古河道冲积的粉土、粉质粘土，厚度15～30m，下层为河流冲洪积老粘土，下伏基岩为白垩系上统王氏组粉砂岩、砾岩。

市政府站大里程端的盾构始发井端头土体的加固为本车站施工的重难点，如何确保端头土体加固技术可行、经济合理成为摆在工程技术人员面前的难题。

2  盾构机始发井加固的目的及需要考虑的影响因素

①进行盾构入井吊装时，因其尺寸大、重量大，均需采用重载吊机作用于端头处的地面上，需避免在大荷载的吊装机械作用下，软弱地基在起吊作业时出现坍塌、失稳情况，或是对已完成的车站结构造成不利影响。

②盾构始发前，需凿除洞门处的围护结构混凝土，切割钢筋，以使盾机能够顺利始发进洞。因洞门处围护结构的钢筋混凝土厚度大，凿除施工时间长，且洞门位于地下深处，水土压力大，需防止在凿除围护构时，或盾构始发前开挖面暴露的时段内发生坍塌或是引起地表沉降。

③当盾构始发进入和穿过端头含砂层、卵石层等地层土体，如土体含水量高、水平渗透系数大时，地下水及泥沙从盾构机外壳与始发洞门之间的空隙流失，严重时常引起坍塌及地表严重沉降。且本项目采取泥水盾构施工，泥水压力的作用更是促使端头土体出现流失，从而无法达到泥水平衡状态，当土体强度不足时，容易坍塌。

基于以上考虑因素，故需对始发井端头处软弱地基实施加固措施，目的在于改善端头处土质，增强土体的强度，填塞土体颗粒间的空隙及阻断地下水，以确保盾构机始发时的安全。与一般建筑的地基加固不同之处除了对土体强度有要求外，抗渗透性还需达到要求。

3  设计始发井端头加固方案

加固方式，加固的长、宽范围的选择，除了考虑技术可行外，还需进行经济的合理性思量。即通过一定的技术手段制定科学合理的加固方案，以避免出现安全风险性过大，或是加固措施及加固范围过于保守等情况。本项目采取了以下方法对加固后土体的承载能力进行检算，以确保做到技术可行的同时，达到经济合理的目的。

3.1 土体强度检算方法

本项目采取图1的加固土体承载计算模型对加固土体进行受力分析及检算，计算土体所需最小加固长度，以确保加固土体的安全可靠性。图1模型将加固后土体简化成厚度为t的弹性圆板，其周边为自由支撑，在水土压力的作用下，圆板中心承受最大弯曲拉应力，支座处产生最大剪应力，按照弹性力学的原理，按（1）、（2）、（3）式进行强度检算。

3.2 加固土体的稳定性检算

3.2.1 促使土体滑动的力矩

3.2.2 抵抗土体滑移的力矩

4  端头土体加固方案及施工关键技术

4.1 端头土体加固方案

市政府站大里程端头位于②5-3层、②6层中。②6层为废黄河底部冲积物，呈透镜体状，冲击层厚度为0.9～5.2m。②6层为黏性土含少量砂砾，处于②5-3层的下部，与②5-3层砂质粉土相邻，赋水性一般。②6含粘土粗砾砂层与②5-3层砂质粉土中地下水具有弱承压性，静水位高程为32.20m，水头高度5.70m左右，静水位埋深7.60m，水位变化区间为1.00～3.00m。

根据端头处地质条件，结合以往端头加固施工经验及既有设备情况，市政府站大里程端的端头加固采用地面注浆方式，并设置辅助降水井。

采用注浆法加固地基，可使土体的强度达1MPa以上，将本项目土体及外部荷载等特征数据代入按（1）、（2）、（3）式进行计算，可得满足承载要求的注浆加固厚度为4.6m，考虑抗渗要求及提高安全保障的需要，将始发端加固厚度增加至6m。加固宽度为洞门左右两侧3m范围，洞门上部3m和下部2m范围。

4.2 施工关键技术

①注浆孔采用单排布置，间距1.0m;注浆管采用Φ48的PVC袖阀管，注浆管长10.0m，外露地面10cm;注浆浆液采用0.8：1～1：1水泥浆，正常情况下注浆压力按0.4～0.8MPa控制，浆液注入量按15～30L/min。现场实际施工时的注浆压力根据地质情况的不同而作适当调整，但需严格控制注浆质量，确保注浆加固后土体无侧限抗压强度超过1MPa。

②袖阀管注漿钻孔间距1.0m，每个孔的有效渗透半径取0.5m，孔位偏差≤50mm。一般情况下选用XY-100型钻机，采用优质泥浆护壁，反循环钻进成孔。当砂层较厚、孔内易塌孔时，用?108mm套管护孔，待孔内注入套壳料并下入袖阀管后，才将?108mm套管提出孔外。

③浇注套壳料、袖阀管安装、固管止浆及注浆等工序严格按施工工艺要求进行施工，施工中应加强监测，及时反馈信息，并及时修正注浆工艺参数。

④加固质量检测。对注浆加固质量进行检测，以掌握端头土体加固是否达到设计要求的效果。对土体轴向钻孔取样，取样孔选取在注浆孔之间，以能观察浆液的渗透性。检测土体强度是否超过1MPa，及进行土体渗透性试验，根据检测结果评估加固质量，如果达不到预期效果，则实施补强注浆。

5  盾构始发进洞前洞门处理技术措施

5.1 盾构始发进洞时洞门密封技术

为防止在盾构始发时，地下水或泥砂从盾构壳体与洞门间空隙处流失，在盾构始发前，设置洞门密封装置。洞门密封由预埋钢环板、帘布橡胶密封板、折叶压板等构成（如图5所示）。

5.2 凿除洞门的技术措施

①凿除洞门前，在洞门上水平打设9个水平探水孔，探水孔布置如图6所示。当探水孔出现透水现象时，则堵塞探水孔，对盾构始发端头采取有效加固措施。

②为了保证始发井洞门围护结构的安全稳定，凿除洞门分两步实施，第一步在注浆加固端头土体经检验合格，且钻设水平探水孔显示无透水后开始凿除，第一步凿除完成后，盾构始发设备下井;第二步在盾构始发设备安装调试完成，始发进洞前快速完成，尽量避免洞门暴露时间。

③搭设双排钢筋脚手架进行凿除，由上至下分层分块进行。水平方向首先凿除至地下连续墙外侧钢筋网，氧焊切割钢筋网后继续凿除地下连续墙混凝土，直到内侧钢筋网外露为止，然后暂停。当盾构机刀盘前行到连续墙前快速切割剩余钢筋及混凝土等多余结构，然后立即使盾构机始发进洞。洞门凿除顺序见图7所示。

6  结束语

端头土体加固是盾构始发的关键环节，从加固方案设计、加固施工至凿除洞门的每一步均要精心组织，以确保达到预期的效果。始发前检查端头土体加固质量，确保土体的强度及渗透性能符合设计要求。洞门凿除的第二步要快速施工，并清理干净杂物，切割干净钢筋，避免掌子面暴露时间过长而带来安全风险。

参考文献：

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