富水砂层运营车站钢套筒盾构接收技术研究

王旭波

（中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032）

土压平衡盾构法是目前城市隧道施工当中采用的主要方法之一，尤其是针对软土地区，在土压平衡盾构法中地下水的处理是整个施工的关键环节。盾构始发和接收是整个盾构法施工时关键的风险因素，其是否能够完成盾构接收将影响地铁隧道的通行。注浆法、冻结法以及钢套筒等都是施工中常用方法，这些方法在实际工程施工中均能够获得良好的效果。但针对一些特殊地质条件还需要对上述方法进行完善，文章主要以苏州地铁盾构建设工程作为研究对象，深入探究端头加固施工技术和成桩效果。

1 工程概况

1.1 设计分析

文章以苏州地铁5号线5标地铁盾构接收车站作为研究对象，该标段共包含两个盾构区间，投入7#和8#2台盾构机分别进行掘进施工，其中竹园路站～港务路站区间采用8#盾构法施工，8#盾构机从港务路站西端头井左线始发，掘进至竹园路站东端头后盾构调头，从竹园路站东端头井右线始发，掘进至港务路站西端头右线吊出。盾构区间所使用的管片内径为5500mm、外径为6200mm、宽度为1500mm、厚度为350mm，采用错缝连接的方式，在管片环纵缝间使用螺弯螺栓进行有效连接，其中环缝使用16个螺栓，纵缝使用12个螺栓进行连接。

1.2 地质情况分析

该地理位置接收地层主要包括杂填土、素填土、粉质黏土、黏粉砂等。接收洞身围岩是以粉质黏土为主，第一承压含水层是粉砂，该水层的水头标高为0.1m，粉质黏土是该承压含水层的隔水底板；第二承压含水层为粉砂，标高为-1.0m，第11和第10层粉质黏土是承压含水层的隔水底板。第一、二层承压水间的隔水厚度达到4～10m。

1.3 环境因素分析

东北侧110kV高压线杆是停用线路，距离加固区域为2m，距离端头井位置为6.5m，高压线距离地面标高为12m，其位置无其他管线铺设。

2 接收密封施工方案

从设计方案上来看，在接受之前需要加固工作井端头部分位置的土体，可以使用旋喷包角、搅拌加固等方式。搭接距离为250mm；高压螺旋装的加固桩径，间距分别为650mm和450mm。在搅拌桩加固隧道的上、下3m和4m为加强加固区，隧道顶部3m以上到达地面位置是弱加固区。具体施工平面图如图1所示。

图1 竹园路东端头井底板平面图（单位：mm）

施工密封性和安全性是关键点，1个月龄期无侧限抗压强度应当高于0.8MPa，渗透系数低于10-8cm/s，而对于弱加固区土体经过加固之后强度应当高于原土体强度。从加工效果上来看，完成土体的加固之后，在盾构接受期间需要采取取芯法进行加固体检验，取芯样品的尺寸信息为（70×70×70）mm，龄期为40d，分别取6组样品获得平均抗压强度，其抗压强度为11.3MPa，可满足设计要求。为分析密封效果需要对洞门完成水平探孔，其深度为3m，打穿连续墙使其可达到加固区域，发现会存在一定的漏水问题。及时关闭阀门之后进行原因分析，发现在探孔过程中出现漏水主要是由于盾构接收端头加固质量很难控制，且该车站是一种地下结构，盾构接收地层主要位于粉质黏土和粉砂，粉砂层硬度较高，端头加固使用旋喷桩时成桩难度较大，进而会导致在加固探孔过程中端头出现漏水的问题。

3 加固方案

结合探孔存在的漏水问题，需要对接收一定范围内的土体进行二次加固，具体措施如下：

（1）需要在原加固区域使用WSS双液注浆而形成止水帷幕，要求注浆深度达到23m，使用水泥水玻璃双液浆的方式，其加固压力为2.2MPa，能够起到良好的阻止效果。

（2）在洞门范围内斜向进行注浆，加固范围向外延伸4m，确保在破除洞门时加固土体的安全性。洞门范围水平注浆能够注入洞门下半环的位置，底部的孔距和两侧孔距分别为400mm、800mm，隧道轴线和注浆口呈现20°向周边布设，压力为1.5MPa。

（3）采用双高压旋喷加固的方式，再向地下连续墙进行600mm范围内增加一排双高压悬喷桩进行加固，这种双高压旋喷型号为800mm、600mm，注浆压力达到30MPa，提升速度达到100mm/min，完成一遍复喷之后需要提高速度至150mm/min。针对加缝在处理过程中需要在两端使用WSS的双液注浆进行封堵，之后可以使用双高压旋喷装置，要求桩间距为500mm，压力为30MPa，提升速度为100mm/min，2遍复喷之后速度提高到150mm/min。

（4）应急降水。针对端头加固位置可以设置8个降水井，在接收过程中应急降成压水完成端口的注浆之后，需要进行降水井施工，该降水井的深度水平间距隧道下缝参数分别为25m、5m、5m，将其深入2层3m的粉质黏土层中。采取上述的加固措施之后，再次对洞门进行探水测试，结果发现不存在渗漏水的问题，基本能够满足盾构接收的相关要求。

4 盾构前的准备

4.1 复核盾构姿态

当盾构机施工过程中进入盾构一定范围之后，需要准确测量盾构机的位置，进一步明确进洞隧道中心轴线和隧道中心轴线之间的关系，同时还需要复核测量接收洞门的位置，以进一步确定盾构机的贯通姿态和决定纠偏计划，逐步完成纠偏。比如以左线接收作为研究对象，共设计463环，在接收过程中要求左线盾构机位于449环，经过测量之后偏差为前后各-16mm、-7mm，垂直偏差前后分别为15mm、-11mm，其盾构姿态是符合相应设计要求的。洞门中心水平垂直偏差分别为-20mm、-30mm，符合相应的设计要求。

4.2 管片拉结

当盾构机达到一定的掘进位置之后，需要减小盾构的推动作用力，当隧道贯通之后由于盾构前方并没有反推力，因此会导致管片之间环缝连接不紧密，进而产生漏水的问题。对此，需要采取措施确保管片拼接质量，即在基座接收过程中焊接反力块来增加盾构机的反推动作用力。在最后的11环管片中可以在吊装孔位置利用槽钢进行拉结，避免管片松动。

4.3 破除洞门

在盾沟机的切口进入加固层后，距离洞门30mm的位置，需要停止盾构推力，将正面切口的正面推进压力值降到最低，使土仓泥土出空，实现洞门的凿除。在洞门凿除过程中需要分3步进行：（1）需要凿除洞门内层的钢筋；（2）需要凿除中间的混凝土位置，保留最外层的钢筋，完成洞圈内直水钢板焊接；（3）需要在洞口顶部再次进行凿除，完成洞门凿除。

4.4 二次接收施工工艺

盾构机刀盘抵达连续墙后：

（1）当盾构机掘进到800mm、第458环之时，刀盘抵达连续墙，利用盾尾的管片空隙注浆，填充完整，同时还需要对第454、453环完成二次注浆。

（2）在加固体和管片之间利用浆液将进行空隙封闭，同时还可以通过盾体设置注浆孔，进行聚氨酯的充填，防止地下水沿管片外空隙或者盾壳外部间隙进入加固体内部。

（3）焊接动圈内形成弧形钢板圈，注意接收焊接洞圈的盾构外径和其直径的间隙，本案例盾构外径洞门圈的内径、间隙、单边参数分别为6450mm、6700mm、125mm，在盾构进洞之前需要在洞穴内部焊接钢板，进而缩小洞圈和盾壳之间的间隙，同时还需要利用海绵条进行填充，防止盾构进洞过程中洞圈形成空隙。

（4）完成盾构的一次接收，当盾构机掘进到700mm和第460环时，刀盘出洞门圈边缘之后需要停止盾构推动力，并且在盾壳和洞门圈完成弧形钢板的焊接，完成焊接之后需要立刻用冷凝水泥封堵钢板和钢圈缝隙。

（5）完成洞圈封堵后，需要结合实际漏水情况确定是否需要再次进行柱液浆。如果无渗漏问题则无需进行注浆，之后进行快速掘进，如果漏水需要利用管片吊装孔，从第455～460环之间使用壁厚后填充水泥的方式，要求水泥浆配比为1∶1，注浆压力为0.2MPa。

5 小结

综上所述，高压旋喷装的方式在富水砂层成桩效果一般，在粉质黏土层中能够获得良好的成桩效果，在实际施工当中还可以使用WSS垂直注浆的方式，控制注浆凝结时间。在周围条件理想的基础上适当抽取地下水，降低承压水水头，能够确保盾构实现安全接收，采用二次接收的方式能够提高盾构的安全性接收。