富水粉砂层地质条件下地铁3 层换乘站土压平衡盾构接收施工技术

2021-04-01占立浩

工程建设与设计 2021年4期

占立浩

（三方建设集团有限公司，杭州310052）

1 引言

目前，随着我国城市化进程的不断推进，城市轨道交通成为社会关注的焦点，地铁的运行可以有效减少交通拥挤现象，但是也对目前的施工技术带来了更多的技术挑战，需要在复杂的环境和地质条件下完成作业。盾构机是地铁建设过程中的重要设备，具有高效性、安全性、标准性的优点，但是盾构接收施工同样也具有高风险的特点，是整个施工过程中的重点和难点。

2 盾构接收处风险因素

富水粉砂层地质中，土质相对疏松，在盾构接收的施工过程中，盾构接收的状态不容易操控，盾构机与门洞位置很难准确对应，导致盾构机出洞时状态与理论状态相差较大，盾构机的刀盘很有可能会剐蹭封闭洞圈的橡胶胶带，带来安全隐患，并且极有可能出现涌水、涌砂的现象。

盾构机通常会在地下水水位以下10.5～12.5m 位置处，盾构机接收处的地质为富水粉砂层，富水粉砂层的地下水是2种不同性质的水源，如果没有对其进行降水处理，很有可能在盾构接收的过程中出现涌水、涌砂现象，存在地表塌陷和周围建筑物沉降的风险[1]。

很多城市的管线错综复杂，导致盾构接收区域的环境复杂，可能存在雨水管、污水管、给排水管等，而且在盾构接收的范围内可能会存在高层建筑物，盾构接收施工会导致周围区域的土体不平衡，引起地层重新固结，会打破原有的地层应力分布，严重时还有可能导致地表下沉，对周围的建筑物构成威胁。

在盾构接收加固的施工过程中，需要对管片与土层间的缝隙进行填充，进行封闭，这样可以有效阻挡周围水源及泥沙，但是还不能将盾构机固定成死板的状态。在加固过程中，如果没有对填充材料的类型、配比、填充压力、填充效果进行准确判断和分析，有可能带来盾构机锢死的风险，严重影响盾构接收的施工效果。

3 盾构接收施工前准备工作

3.1 加固盾构接收端头

盾构刀盘达到洞口围护结构时，需要保证盾构接收端口的稳定性以及密集紧实性，以避免破除洞口时发生地下水和沙土涌出的现象。在这个过程中，关键要加固盾构接受端头。加固过程可以分为3 个阶段，首先是在前期对盾构接收端口进行加固，此时，接收端可以进行加固的范围为隧道顶端3m和底端3m 范围内，但是，通过对平面范围进行分析，应将设计范围规定在结构轮廓线以内3m 范围内。其次，通过接收端对地层进行二次加固时，需要对地层的加固端进行综合考虑，通常使用的加固方法包括注浆、旋喷桩、搅拌桩、玻璃纤维桩、SMW 桩、冻结法以及降水法等类型。施工过程中，首先需要盾构暂停掘进，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。继续掘进时，需要及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案及时进行方向修正。在掘进至接收井洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固[2]。

3.2 对盾构接收端进行降水施工

对盾构接收端进行降水施工的流程包括钻探、井（孔）安装、填砾与管外封闭等环节。钻探时，需要保证钻机的钻探与成孔质量，降低钻孔对含水层渗透性以及水质的影响，同时要注意提高钻进效率，减少孔底沉渣的厚度。井（孔）安装配管时，需要根据井或孔的结构设计准备配管。下管前，要测量孔深，同时注意在地面上将每节井或孔的过滤器包扎好，减少井（孔）安装时间。进行填砾与管外封闭时，需要用清水稀释孔内泥浆，同时保证砾料的规格符合要求，并且纯净[3]。填砾时，确保砾料由孔壁四周均匀注入，为管外封闭提供方便。

3.3 多次测量核对盾构机与洞门位置

盾构隧道在进行全线贯通的0.1km 以及0.05km 阶段时，应该对隧道盾构的姿态进行人工测量，确定盾构机的位置，从而使成形隧道的中心轴线与隧道设计的中心轴线之间的关系获得较为深刻的明确。不仅如此，还需要符合国家对于盾构隧道施工的相应规范，使接收的洞口位置得到充分的再次测量，通过测量的方式对盾构机接下来的掘进方向进行有针对性的纠正，保证其可以更好地进行工作。

4 盾构接收施工技术分析

4.1 选择加固区域内盾构掘进参数

盾构机进入加固区后，刀盘扭矩较大，推进的速度较低，对地表层的影响非常明显，因此，需要特别注意掘进参数的选择和与控制，需要技术人员结合具体的地质条件进行合理选择。选择的参数应使盾构掘进过程推力小、速度低、推进速度均匀、土仓压力适宜、注浆量饱满，这样可以给盾构机操作留有一定的空间，降低地表塌陷及管线破裂的风险。选择盾构机的推力时，通常需要将其控制在11 000～11 500kN，刀盘的转速通常要小于1r/min，注浆量需要控制在7m3。

4.2 选择隧道止水环位置和施工

选择隧道止水环位置对封闭后方来水具有十分重要的意义，需要结合盾构的位置情况将止水环施工分为3 个阶段，在每个阶段的施工过程中，需要采用不同的注浆方式与注浆参数。在进行第一阶段的止水环施工时，需要将注浆压力控制在0.8MPa 以内，严格把控注浆压力，防止压力过大导致管片破裂。进行第二阶段的止水环施工时，为了防止盾构机被锢死，需要采用化学注浆的方式，同时进行二次注浆。进行第三次止水环施工时，需要采用双液浆的方式封闭止水环。

4.3 安装洞门止水帘布

盾构机到达洞门之前，需要在洞门处按照设计要求和现场施工情况安装洞门止水帘，止水帘由预留螺栓、扇形板、橡胶圈、压板组成，需要将其安装在洞门的预埋钢环外侧，利用预留螺栓将止水帘固定。这样在盾构机通过洞门后，钢丝绳可以将其紧固，从而压紧压板，防止止水帘布向外倾斜，使盾构机与洞体紧紧贴合，有效防止注浆液外流或者流水流出，达到良好的封闭效果。

4.4 安装弧形止水钢板

盾构机到达洞门的钢环部位时，盾构机与洞门的钢环部位会形成一定的空隙，易导致涌砂和涌水，因此，为了有效降低安全风险，需要在洞门设置弧形止水钢板。在选择弧形止水钢板的过程中，需要测量洞门与洞门掌子面之间的距离，在此处需要设置第一道弧形钢板；在与第一道弧形钢板距离较远处设置第二道弧形钢板，与此同时，需要在每块钢板后面焊接三角钢板进行加固。在弧形钢板的定制过程中，为了降低钢板的刚性，需要在每个弧面切割一定深度的缝隙，避免盾构机在与洞体接触时钢板出现脱离现象。在弧形钢板焊接完成后，需要在2 块钢板之间填充材料，可以为棉絮，这样一旦出现涌水现象，棉絮可以阻挡泥沙。

4.5 安装管片拉紧装置

为了提高盾构机出洞时整个管片的整体性，需要进行管片螺栓复紧工作和安装管片整体拉紧装置。由于进入加固区后盾构机的推力很小，各个管片环之间的连接相对疏松，因此，需要进行2 次螺栓复紧工作，这样才可以保证施工效果。在管片的最后10 环的几个油缸点安装制定钢板，在每个环片与之前安装的钢板分别依次焊接，使其构成一个整体，这样可以有效防止漏水现象的发生，防止管片出现松弛现象。